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Im Manganrausch der Tiefe

STZ, Juni 2022 - Manganknollen, die den Meeresgrund bedecken, enthalten Mineralien, die für die Batterieherstellung genutzt werden könnten. Doch die Ausbeutung dieser Rohstoffvorkommen ist technisch herausfordernd und ökologisch umstritten.

Sie sehen aus wie schmutzige Kartoffeln und liegen auf dem Meeresgrund wie verschlagene Golfbälle am Boden eines Wasserhindernisses. Man müsste sie nur aufsammeln, und schon hätte man genügend Mineralien, zum Beispiel um Batterien und Motoren für Milliarden von Elektroautos herzustellen. Die Rede ist von Manganknollen. Diese Knollen, die trotz ihres Namens nicht nur Mangan enthalten, sondern auch Eisen, Nickel, Kobalt, Kupfer, Titan, Molybdän und Lithium, könnten einen Beitrag dazu leisten, den Rohstoffhunger der Menschheit zu stillen.

Dieser Hunger wächst schneller als die Menschheit selbst: Der Klimawandel verschärft die Knappheit. Klimafreundliche Technologien wie Solarstrom, Elektroautos, aber auch die Digitalisierung befeuern die Nachfrage nach mineralischen Rohstoffen. Manganknollen enthalten diese Rohstoffe. Die Krux: Die Knollen liegen in Meerestiefen zwischen 3500 und 6500 Metern. Das macht ihren Abbau alles andere als leicht. Maschinen zum Einsammeln der Manganknollen müssen den extremen Bedingungen der Tiefsee standhalten: Drücke zwischen 400 und 600 Bar, Temperaturen kurz über dem Gefrierpunkt und korrosives Salzwasser machen den Einsatz am Meeresgrund zum Härtetest für das Material.

Das Rennen um die Tiefseeknollen hat begonnen
Auch wenn die Idee schon seit Jahrzehnten in den Köpfen der Rohstoffindustrie herumspukt, gibt es bisher noch keinen Manganknollenabbau vom Meeresgrund. Doch die Rohstoffpreise steigen, und die technischen Möglichkeiten entwickeln sich weiter. Und so steckt inzwischen eine Handvoll Unternehmen aus aller Welt in den Startlöchern und entwickelt die für den Tiefseebergbau notwendigen Technologien.

Die meisten von ihnen setzen dabei auf unbemannte Roboter, die Manganknollen in der Tiefe einsammeln sollen. Erste Demonstratoren und Prototypen sind bereits auf Tauchstation gegangen. Bereits vor fünf Jahren brachte die belgische Firma DEME-GSR einen Demonstrator in eine Tiefe von 4400 m. Ein Versuch mit einem weiterentwickelten Prototyp vor zwei Jahren scheiterte wegen Problemen mit dem Verbindungskabel zum Mutterschiff. Ein neuer Test im vergangenen Jahr verlief erfolgreich.

Auch ein «Schweizer» Unternehmen beteiligt sich am Wettrennen um die Rohstoffgewinnung aus der Tiefsee. Die Rede ist von der Allseas SA mit Sitz im freiburgischen Châtel- Saint-Denis. Dort befindet sich freilich «nur» die Firmenzentrale des mit rund 4000 Mitarbeitern global operierenden Unternehmens, das dem Niederländer Edward Heerema gehört. Allseas ist auf das Verlegen von Offshore- Pipelines, Schwertransporte auf See und den Unterwasserbau spezialisiert. Ausserhalb der Branche wurde das Unternehmen vor allem durch den Bau des nach Bruttoraumzahl weltgrössten Schiffs, der Pioneering Spirit, bekannt.

Seit 2019 arbeitet Allseas als Investor und Projektpartner gemeinsam mit dem kanadischen Start-up The Metals Company an der Entwicklung eines Pilotsystems, mit dem polymetallische Knollen, die ungebunden auf dem Meeresboden liegen, gesammelt und an die Oberfläche gehoben werden sollen. 2020 hat Allseas dafür ein 228 Meter langes ehemaliges Bohrschiff gekauft, inzwischen grundlegend umgebaut und auf den beziehungsreichen Namen «Hidden Gem» getauft. Das Schiff wurde unter anderem mit einem 4,3 Kilometer langen Steigrohr ausgerüstet, das die Manganknollen vom Meeresboden heraufholen soll. Das Rohr kann durch eine bereits vorhandene Öffnung im Unteren des Schiffsrumpfs, den sogenannten Moonpool, ins Meer gelassen werden kann.

Die ersten Roboter sind am Start
Zum Einsammeln der Manganknollen hat Allseas in seiner Fertigungsstätte im niederländischen Heijingen den Prototypen eines robotischen Sammelfahrzeugs gebaut. Der 12 m lange Unterwasserroboter wird über ein 5 km langes Kabel mit Strom versorgt und gesteuert. Der Kollektor wird von einer Kontrollkabine an Bord aus bedient und bewegt sich parallel zum dynamischen Positionierungssystem des Schiffes.

Im Mai gaben Allseas und The Metals Company den erfolgreichen Abschluss der ersten Tiefsee-Tests ihres Manganknollen-Sammelfahrzeugs im Atlantischen Ozean bekannt. Die Ingenieure hatten den Roboter in 2470 m Tiefe auf den Meeresboden abgelassen und dort umfangreichen Tests unterzogen. Dazu gehörte auch eine etwas mehr als einen Kilometer lange Fahrt über den Meeresboden. Noch in diesem Jahr wollen Allseas und The Metals Company ihr System umfassend erproben, und zwar in einem 8 km2 grossen Abschnitt der Clarion-Clipperton-Zone, einem besonders knollenreichen Gebiet im Nordpazifik zwischen Hawaii und Mexiko.

Über Tochtergesellschaften in den Pazifikstaaten Tonga, Kiribati und Nauru hält The Metals Company Explorationslizenzen – und damit auch ein Vorrecht für den späteren Abbau – für ein Gebiet in der Clarion-Clipperton- Zone, das mit insgesamt gut 200'000 km2 rund fünfmal so gross ist wie die Schweiz. The Metals Company schätzt, dass dort auf dem Meeresgrund so viele Manganknollen liegen, dass deren Metalle für 280 Millionen Elektrofahrzeuge ausreichen würden – das entspricht in etwa der gesamten US-amerikanischen Pkw- Flotte.

Umweltzerstörung im Pazifik …
Umweltschützer befürchten, dass der Bergbau erhebliche Negativauswirkungen auf die Artenvielfalt in der Tiefsee haben wird. Zwar sind die dortigen Ökosysteme bisher nur im Ansatz erforscht, doch eines ist klar: Eine Wüste ist der Meeresgrund keineswegs. In der Tiefe lebt eine Vielzahl von Organismen, von winzigen Fadenwürmern über Seegurken bishin zu grossen Fischen. Diese Lebewesen sind an die extremen Bedingungen in ihrer Umgebung auf einzigartige Weise angepasst und daher gegenüber Eingriffen in ihre Lebensbedingungen besonders empfindlich.

Und diese Eingriffe, so die Umweltschützer, wären durchaus erheblich. Beim Einsammeln der Manganknollen würden nicht nur die Knollen selbst eingesammelt, sondern die oberen 10 cm des Meeresgrunds würden abgetragen – mit allen darauf oder darin lebenden Organismen. Zudem würden hydraulische Knollenkollektoren, wie sie derzeit entwickelt werden, riesige Mengen von Sediment aufwirbeln, das sich dann an gleicher oder anderer Stelle mit einer unnatürlichen Struktur wieder ablagert. Sesshafte Tiere würden davon verschüttet. Aber auch mobile Arten, wie beispielsweise Tiefseekraken, würden leiden.

Hat sich die Debatte um die Auswirkungen des Tiefseebergbaus bisher die Sedimentfahnen konzentriert, ist eine andere schädliche Auswirkung des Tiefseebergbaus erst vor Kurzem deutlicher in den Fokus gerückt: der Unterwasserlärm. «Unterwasserlärm bedroht das Leben im Meer», sagt Cyrill Martin, Ocean Policy Experte bei der Schweizer Nichtregierungsorganisation OceanCare, die sich für den Schutz der Meerestiere einsetzt. «Wenn der Tiefseebergbau ohne weitere Forschung und Regulierung zugelassen wird, würden über Jahrzehnte hinweg konstant hohe Lärmpegel emittiert», fügt er hinzu. Durch die kommerzielle Schifffahrt, die Öl- und Gasexploration, militärische Aktivitäten und die Bautätigkeit habe der Lärmpegel im Meer ohnehin zugenommen. «Der Tiefseebergbau würde die Lärmbelastung auf ein ganz neues Niveau heben, da in der gesamten, sehr tiefen Wassersäule dann starke Lärmquellen existieren und die Lärmemissionen sehr lange anhalten », erklärt Martin.

… oder Kinderarbeit im Kongo?
Befürworter des Tiefseebergbaus weisen darauf hin, dass auch der Bergbau an Land erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt hat. In der Tiefsee seien diese Effekte dagegen geringer. So würden beispielsweise keine Wälder gerodet oder Grundwasserspiegel abgesenkt. Es entstünde kein Abraum, es würden keine Schadstoffe freigesetzt. Zudem enthielten die Manganknollen gleich mehrere verschiedene Rohstoffe, die an Land in separaten Bergwerken an verschiedenen Standorten abgebaut werden müssten.

Auch bei den unerwünschten politischen und sozialen Folgen hat der Tiefseebergbau nach Ansicht der Befürworter die Nase vorn: Für den Abbau müssten keine Menschen umgesiedelt oder gar vertrieben werden. Zudem würden die Rohstoffe an Land oftmals unter fragwürdigen Arbeitsbedingungen abgebaut. So sei beispielsweise im Kongo, wo rund zwei Drittel des Kobalts für den Weltmarkt gefördert werden, Kinderarbeit an der Tagesordnung. Beim Tiefseebergbau seien dagegen Gesundheitsgefahren durch die Arbeit im Bergwerk, Ausbeutung und Kinderarbeit ausgeschlossen, da auf dem Meeresgrund naturgemäss ausschliesslich Maschinen zum Einsatz kämen. Ausserdem verringere der Tiefseebergbau die Abhängigkeit von einzelnen Staaten, da der Abbau in internationalen Gewässern internationalem Recht unterliege.

Auch bei The Metals Company gibt man sich überzeugt, dass das Einsammeln von Manganknollen die bessere Alternative ist. Das Unternehmen erwartet, dass bei der Rohstoffgewinnung aus dem Meer im Vergleich zum Bergbau am Land nur durchschnittlich ein Zehntel der CO2-Emissionen verursacht wird. Auch die Technik, mit der die Knollen eingesammelt werden, sei besonders schonend, heisst es beim kanadischen Start-up: Mehr als 90 Prozent des Sediments würden im Kollektor getrennt und direkt dahinter abgeleitet, sodass es sich in der direkten Umgebung wieder ablagern könne.

«Goldnuggets» der Tiefsee: Manganknollen
Manganknollen bilden sich in sedimentbedeckten Ebenen in einer Meerestiefe zwischen 3500 und 6500 m. Meist sind sie in Schalen aufgebaut wie eine Zwiebel. An einem Kern aus Sediment, Stein oder organischem Material lagern sich über einen Zeitraum von mehreren Millionen Jahren in Schichten Eisen- und Manganoxide, aber auch Nickel, Kobalt, Kupfer, Titan, Molybdän und Lithium an. Die Knollen liegen teilweise im Sediment eingesunken auf dem Meeresboden. Das grösste bekannte Vorkommen ist der sogenannte Manganknollengürtel der Clarion-Clipperton-Zone im Nordpazifik. Der Manganknollengürtel hat eine Fläche von 5 Mio. km2 und ist damit grösser als die Europäische Union. Man schätzt, dass die Manganknollen in der Clarion-Clipperton-Zone insgesamt ein Nassgewicht von 25 bis 40 Mrd. t haben. Die Masse der Knollen besteht zu rund 30 Prozent aus Mangan, 1,4 Prozent Kupfer und 0,2 Prozent Kobalt. Das heisst, dass allein in den Manganknollen der Clarion-Clipperton-Zone bis zu fünfmal mehr Kobalt, bis zu dreimal mehr Nickel und bis zu 1,2-mal mehr Mangan lagern als in allen bekannten Vorkommen an Land. Darüber hinaus enthalten die Knollen nennenswerte Anteile an Titan, Molybdän und Lithium.

 

Schon bald? Erst später? Oder nie?
Bereits Ende 2024 will The Metals Company mit der Förderung und Verarbeitung von Manganknollen beginnen. Bis dahin muss jedoch neben den technischen Herausforderungen noch ein regulatorisches Problem gelöst werden: Für den Abbau braucht das Unternehmen Verträge mit der Internationalen Meeresbodenbehörde (International Seabed Authority, ISA), die alle Aktivitäten zur wirtschaftlichen Nutzung des internationalen Meeresbodens regelt und überwacht. Nur müssen allgemeinverbindliche Regeln für solche Verträge von der ISA erst noch erarbeitet und von den Mitgliedsstaaten abgesegnet werden.

Angesichts der technischen, ökologischen und regulatorischen Herausforderungen gehen viele unabhängige Experten davon aus, dass eher noch ein Jahrzehnt vergehen wird, bis der Rohstoffabbau auf dem Meeresgrund starten kann. Wenn er überhaupt startet. Denn am Ende könnten Pioniere des Tiefseebergbaus wie Allseas und The Metals Company womöglich ohne Kundschaft dastehen. Inzwischen sprechen sich nämlich nicht nur Umweltschützer, sondern auch immer mehr grosse Unternehmen gegen die Ausbeutung der Rohstoffvorkommen am Meeresgrund aus. Der Autohersteller BMW hat beispielsweise im vergangenen Jahr eine Initiative zum Schutz der Tiefsee gestartet. In einer gemeinsamen Erklärung verpflichteten sich BMW und andere Unternehmen dazu, keine Mineralien aus der Tiefsee zu verwenden oder Tiefseebergbau zu finanzieren, so lange, bis die Folgen wissenschaftlich umfassend untersucht sind und ein ausreichender Schutz für die Tiefsee gewährleistet werden kann. Mehrere grosse Konzerne, darunter Samsung SDI, Google, die Volvo Group, Volkswagen, Renault und Philips haben sich inzwischen dem Moratorium angeschlossen.

 

Autor: Hendrik Thielemann
Bildquellen: von oben nach unten: The Metals Company, The Metals Company, Geomar, Privat
Artikel aus der STZ: Ausgabe Juni 2022

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