Ein Team des Max-Planck-Instituts hat eine innovative Methode zur nachhaltigen Gewinnung von kritischen Metallen aus dem Meeresboden entwickelt.
Die Technologie nutzt Wasserstoffplasma und reduziert die CO2-Emissionen im Vergleich zum traditionellen Bergbau um mehr als 90 %.
Das Verfahren gewinnt Kupfer, Nickel und Kobalt aus polymetallischen Knollen zurück.
Diese Materialien sind essenziell für Batterien und elektrische Systeme der Energiewende.
Wie der neue Prozess zur nachhaltigen Metallgewinnung funktioniert
Unter der Leitung von Dierk Raabe und Ubaid Manzoor reduziert die Methode polymetallische Knollen in einem Lichtbogenofen mit Wasserstoffplasma.
Die Knollen stammen hauptsächlich aus der Clarion-Clipperton-Zone im Pazifik.
„Wir reduzieren die trockenen Mineralien mit einem Wasserstoffplasma direkt in einem Lichtbogenofen, der mit erneuerbarer Energie betrieben wird“, erklärte Manzoor.
Der Prozess der nachhaltigen Metallgewinnung trennt zunächst das Kupfer als reines Metall ab.
Anschließend wird eine Nickel-Kobalt-Legierung gewonnen, zusammen mit Manganoxiden, die nützlich für die Herstellung von Batterien sind.
Der Anteil der Metalle in der Legierung kann je nach Dauer des Prozesses angepasst werden. Dies erleichtert die weitere Verarbeitung und industrielle Anwendung.
Die Umweltvorteile der nachhaltigen Metallgewinnung
Die in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Forschung hebt mehrere Umweltvorteile der nachhaltigen Metallgewinnung hervor:
- Reduktion der CO2-Emissionen um mehr als 90 % durch die Verwendung von grünem Wasserstoff und erneuerbarer Elektrizität
- Benötigt etwa 20 % weniger Energie als herkömmliche Verfahren
- Weniger Behandlungsschritte im Vergleich zum traditionellen Bergbau
- Erzeugt signifikant weniger Abfall: 9 Milliarden Tonnen gegenüber 63 Milliarden
Laut dem Max-Planck-Institut erzeugt die Produktion von Materialien für eine Milliarde Batterien durch marine Knollen siebenmal weniger Abfall als der terrestrische Bergbau.
Die Methode beseitigt auch die mit dem terrestrischen Kobalt- und Nickelbergbau verbundenen Probleme der Kinderarbeit und Abholzung.
Der starke Vergleich mit dem traditionellen Bergbau
Der terrestrische Bergbau von Kupfer, Nickel und Kobalt erfordert die Entfernung ausgedehnter Wälder.
Dieser erzeugt jährlich zwischen 4 und 5 Milliarden Tonnen Gesteinsabfälle und Schlacke.
Die terrestrischen Lagerstätten weisen eine geringe Konzentration an Metallen auf, was die Gewinnung von mehr Material erforderlich macht.
Im Gegensatz dazu enthalten die polymetallischen Knollen am Meeresboden höhere Anteile dieser Metalle.
Die zukünftige Nachfrage rechtfertigt die Suche nach Alternativen. Bis 2050 werden 60 Millionen Tonnen Kupfer, 10 Millionen Tonnen Nickel und 1,4 Millionen Tonnen Kobalt benötigt.
Das bedeutet, dass sich die Nachfrage nach Kupfer und Nickel verdoppeln wird. Die nach Kobalt könnte sich im Vergleich zu den aktuellen Niveaus verfünffachen.
Die noch offenen Herausforderungen des Projekts
Das Max-Planck-Institut erkennt an, dass der Unterwasserbergbau ethische und ökologische Herausforderungen mit sich bringt, die gelöst werden müssen.
Dierk Raabe warnt, dass „die Gewinnung dieser Knollen am Meeresboden ebenfalls einen ökologischen Fußabdruck hinterlässt“.
Raabe, der zuvor die Ausbeutung dieser Ressourcen ablehnte, änderte seine Position angesichts der Möglichkeit, Schäden zu minimieren.
Ubaid Manzoor erklärte, dass das Ziel des Teams darin besteht, „eine nachhaltige Methode zur Gewinnung von kritischen Metallen aus den Knollen des Meeresbodens bereitzustellen und die Daten für fundierte Entscheidungen zu liefern“.
Derzeit bleibt die Zukunft des Bergbaus von polymetallischen Knollen Gegenstand internationaler Debatten.
Dennoch wird der Übergang zu einer wirtschaft weniger abhängig von Kohlenstoff Lösungen erfordern, die die Ressourcennachfrage mit dem Umweltschutz in Einklang bringen.
