Blue Mining setzt strategisch auf die Kreislaufwirtschaft

Die Bergbauindustrie steht vor einer komplexen und drängenden Herausforderung, angetrieben durch die steigende Nachfrage nach Rohstoffen in einer sozial anspruchsvollen und globalisierten Welt. Die Gewinnung von primären Rohstoffen hat an Bedeutung gewonnen und ist zu einem Eckpfeiler der nachhaltigen Entwicklung der Menschheit geworden, insbesondere weil die erforderlichen Rohstoffe für eine nachhaltige Zukunft wie Kupfer, Lithium, Nickel und Kobalt bis 2050 nur zu 10 % durch Recycling gewonnen werden können. Daher müssen die verbleibenden benötigten 90 % durch die primäre Gewinnung beschafft werden (1). Darüber hinaus sieht sich die Rohstoffgewinnung heutzutage mit strengeren Umwelt- und Sicherheitsstandards und -vorschriften konfrontiert. Ergänzend zu den Bemühungen der Industrie um einen verantwortungsvollen Bergbau bieten diese Herausforderungen die Möglichkeit, „Blue Mining“ als nachhaltigen, holistischen Ansatz zu fördern, der die Grundsätze für die Planung eines nachhaltigen, zuverlässigen und verantwortungsvollen Bergwerks für heutige und künftige Generationen berücksichtigt und die Kreislaufwirtschaft als einen der Grundsätze mit einbezieht.

1  Motivation

Verschiedene Faktoren wie Umweltbelastung, Ressourcenknappheit, soziale Verantwortung und wirtschaftliche Unsicherheit prägen die heutige Landschaft der Bergbauindustrie. Die Produktion von Mineralien, die für den Bedarf an erneuerbaren Energietechnologien erforderlich sind, wird bis 2050 um 500 % steigen, insbesondere bei kritischen Mineralien wie Graphit, Lithium und Kobalt (2, 31). Leicht zugängliche, hochgradige Lagerstätten sind oft erschöpft, sodass Bergbauunternehmen gezwungen sind, tiefere und komplexere Lagerstätten zu erschließen. Dies hat sich vor allem auf die Entwicklung der Ressourcen zu Reserven ausgewirkt. Hinzu kommen eine Verschiebung der Wertesysteme der Investoren hin zu nachhaltigeren Praktiken, Schwankungen der Rohstoffpreise und geopolitische Unsicherheiten. Es werden derzeit alternative Ansätze zur Lösung dieses Problems entwickelt, wie beispielsweise das Konzept Modular Mining Systems für skalierbare und anpassbare Bergbauprojekte (3). Dieses basiert auf modularen Architekturen für die Planung moderner Bergwerke und konzentriert sich auf künftige elektrische, automatisierte, emissionsarme, skalierbare und anpassungsfähige Bergwerke. Viele Bergbauunternehmen haben zudem wichtige Schritte unternommen, um nachhaltiger zu werden und Maßnahmen wie proaktive Schließungsstrategien, Wiederherstellungsprogramme und die Entwicklung von Projekten zum Einsatz erneuerbarer Energien zu implementieren. Dies wird durch einen strengeren Regulierungsrahmen und eine ESG-Politik verstärkt. In der Europäischen Union (EU) unterstützen Gesetze wie der Critical Raw Materials Act und der Net Zero Industry Act den Bergbau. Sie sehen ihn als wichtig für die Energiewende und fördern nachhaltigere Arbeitsweisen in der Branche (4, 5). Im gesellschaftlichen Gedächtnis verankert sind besonders negative Umweltauswirkungen wie Landschaftszersiedlung, Verknappung der lokalen Wasserressourcen, Wasserverschmutzung und der Ausstoß von Treibhausgasen. Trotz dieser Bemühungen hat sich das Bild der Öffentlichkeit noch nicht verändert. Um diese Wahrnehmung zu ändern, muss die Branche sich bemühen, ihre nachhaltigen Vorgehensweisen und die Schritte, die sie auf dem Weg zu einer verantwortungsvolleren und nachhaltigeren Zukunft unternimmt, besser zu kommunizieren, sich für Transparenz einzusetzen und Vertrauen zu schaffen.

Disruptive Technologien und neue Entwicklungen wie die Digitalisierung, Automatisierung und Elektrifizierung treiben die digitale Transformation (DT) im Bergbau voran. Dennoch kann deren Implementierung zu höheren Kapitalausgaben führen, was ihre Verbreitung in der Gesamtbranche begrenzt. Um die DT im Bergbau zu demokratisieren, werden derzeit Strategien entwickelt, wie z. B. die Nachrüstung für den autonomen Betrieb von Maschinen und agnostische Systeme für die Digitalisierung des Bergbaus. Darüber hinaus kann die Implementierung neuer Technologien für jedes Unternehmen eine gewaltige Aufgabe darstellen. Bei der Einführung disruptiver Technologien kommt das Veränderungsmanagement (VM) ins Spiel. Es umfasst die Vorbereitung eines Unternehmens auf Veränderungen, potentielle Widerstände und die Einführung einer effektiven Kommunikation. Dies hilft sicherzustellen, dass die Implementierung erfolgreich ist und die Vorteile der neuen Technologie maximiert werden. Ohne ein VM kann die Einführung neuer Technologien chaotisch und problematisch verlaufen und mehr Schaden als Nutzen anrichten. Außerdem, die DT erfordert Bergbauingenieure, Elektro-, Mechatronik-, Software- und affin verwandte Disziplinen mit einem tieferen Verständnis von Informationssystemen. Fähigkeiten, die von den jüngeren Arbeitskräften des digitalen Zeitalters bereitgestellt werden können. Leider steht die Branche vor der enormen Herausforderung, diese jüngere Generation, die sich kaum für die Gewinnung von Rohstoffen interessiert, anzuziehen. Der Handlungsbedarf wird durch eine alternde aktive Belegschaft auf dem Weg in den Ruhestand und die Prognose steigender Nachfrage nach kritischen Mineralien verstärkt.

In dieser herausfordernden Umgebung stellt die weitere Entwicklung des Konzepts des Blue Mining in die Bergbauindustrie einen vielversprechenden Ansatz dar. Dies impliziert einen Wandel von einer linearen zu einer nachhaltig orientierten Wirtschaftsweise. Für die Bergbauindustrie bedeutet dies die Einführung innovativer Technologien, die verstärkte Rückgewinnung von Materialien aus Abfällen und das konsequente Hinterfragen und Anwenden von Kreislaufprinzipien entlang des gesamten Lebenszyklus eines Bergwerks. Ein solcher Wandel kann nicht nur die ökologischen Auswirkungen mindern, sondern auch zur wirtschaftlichen Resilienz und gesteigerten gesellschaftlichen Zustimmung für den Bergbau beitragen.

2  Blue Mining im Kontext der Kreislaufwirtschaft

Blue Mining ist ein vom Institut für Bergbau der Technischen Universität Clausthal (TUC), Clausthal-Zellerfeld, entwickeltes Konzept, das auf der 6. Internationalen Konferenz zur nachhaltigen Entwicklung in der Bergbauindustrie 2013 vorgestellt wurde, um die Nachhaltigkeit im Bergbau neu zu gestalten. Der Begriff „Blue Mining“ wurde von der Definition des „blauen Fußabdrucks“ inspiriert und kommt vom deutschen Wort Blaupause, was für den verantwortungsvollen Bergbau steht, der Nachhaltigkeit bereits ab der ersten Planungsphase repräsentiert.

Im Allgemeinen beschreibt Blue Mining Bergwerke, die nachhaltig, energieeffizient und ergonomisch sind, als Betriebe, die

• energieeffizient und ergonomisch arbeiten,
• eine vollständige Automatisierung anstreben und
• die Nachhaltigkeit durch die Förderung der kontinuierlichen Nutzung von Bergwerksanlagen während und nach dem Abbau unterstützen.

Die Integration dieser Prinzipien in die frühen Phasen der Bergbauexistenz erfordert eine grundlegende Umgestaltung der Bergbauplanung hin zu einem integrativen Bergbauplanungsansatz. Die Idee der Bergwerke mit Mehrfachnutzung steht im Einklang mit dem zentralen Ziel der Kreislaufwirtschaft, Energie, aber auch weitere Ressourcen und Produkte während ihres Lebenszyklus mehrfach zu nutzen. Die Umwandlung von Bergwerken in multifunktionale Einrichtungen während und nach der Produktionsphase trägt zur Förderung der Ressourceneffizienz bei und unterstützt damit das Kernziel der Kreislaufwirtschaft. Darüber hinaus schließt dieser Begriff die Nachnutzung über den Abbau hinaus ein, nämlich im Fall der Optimierung des Energieverbrauchs als möglicher Energielieferant. So könnte der Betrieb die in der Abbauphase eingesetzte Energie auch nach dem Abbauende wieder zur Verfügung stellen. Die Integration dieses Konzepts muss daher bei der Bergbauplanung über die gesamte Lebensdauer eines Bergwerks oder einer Lagerstätte berücksichtigt werden (6 bis 15). Blue Mining wird durch drei Stufen unterstützt. In der ersten Phase werden verschiedene Möglichkeiten unter Berücksichtigung der Aspekte des Blue Mining identifiziert und entsprechend der projektspezifischen Situation bewertet. Anschließend werden Synergien und Konflikte im Zusammenspiel mit den ausgewählten Möglichkeiten ermittelt. Schließlich wird in der dritten Phase ein detaillierter Plan für die Integration entwickelt und bewertet, um die Synergien zu maximieren und die möglicherweise auftretenden Konflikte zu minimieren (6 bis 16).

Die Abteilung für Maschinelle Betriebsmittel und Verfahren im Bergbau unter Tage der TUC ist seit über zehn Jahren in mehreren Forschungsprojekten involviert, bei denen das Konzept als Alternative zur Planung von Nachbergbau-Strategien angewendet wird. Seit 2011 wurden unterschiedliche Ansätze zur Nachnutzung stillgelegter Bergwerke in Deutschland erforscht (7 bis 15, 32). Zu diesen gehören das Energie- und Wasserspeicher Harz (EWAZ)- und Wasserspeicher Harz 2050 (WSH2050)-Projekt. Im Rahmen des EWAZ-Projekts wurden Alternativen für die Nachnutzung von Bergwerken und Tagebauen für Wasserstressgebiete untersucht, einschließlich eines integrativen Ansatzes zur Vorhersage von Hochwasser- und Dürreperioden in der betroffenen Region. Das Projekt WSH2050 konzentrierte sich auf die Entwicklung der Wasserqualität mit Hilfe eines hydroanalytischen Wassermanagement-Tools zur Erkennung von Nutzungspotentialen der bergbaulichen Infrastruktur zur Unterstützung des Wassermanagements im Oberharz (17). Die Integration von bergmännischer Infrastruktur für die Energiespeicherung und Wasserversorgung sowie die Einbeziehung erneuerbarer Energiequellen im Rahmen des Blue Mining-Konzepts zeigt, wie die Ressourceneffizienz im Bergbau gefördert werden kann und stellt ein zentrales Anliegen der Kreislaufwirtschaft dar.

Das Konzept der Kreislaufwirtschaft dreht sich um ein nachhaltiges Produktions- und Konsummodell. Es fördert das Teilen, Leasen, Reparieren, Aufbereiten und Recyceln vorhandener Materialien und Produkte mit dem Ziel, die Produkte so lange wie möglich im Wertstoffkreislauf zu erhalten. Dadurch werden die Mengen an erzeugtem Abfall erheblich reduziert und weitere Werte geschaffen (19). Die TUC hat sich diesem Vorhaben angeschlossen, indem sie die Kreislaufwirtschaft als Leitprinzip für Forschung, Lehre und Technologietransfer übernommen und einen holistischen Rahmen für die Kreislaufwirtschaft entwickelt hat (Bild 1).

Bergbau ist gesellschaftlich zwar nicht der erste Industriezweig, der mit der Kreislaufwirtschaft assoziiert wird, dennoch ist dieses Konzept der Branche nicht fremd. Jedoch wurde auf dem Responsible Mining Leadership Forum 2023 des International Council on Mining and Metals (ICMM) in England festgestellt, dass die derzeitigen Bergbauprozesse nicht darauf ausgerichtet sind, die Kreislaufwirtschaft zu unterstützen. Dabei bietet der Bergbau das Potential, wertvolle Rohstoffe aus Abfällen und ausrangierten Produkten zu gewinnen, wiederzuverwenden und neu einzusetzen. Entsprechend dem Rahmen der Kreislaufwirtschaft stellt die Neugestaltung von Produkten und Prozessen eine Schlüsselkomponente bei der Umsetzung der Zirkularität dar. In Anbetracht der Herausforderungen, mit denen die Bergbauindustrie konfrontiert ist, verändern disruptive Technologien, Entwicklungen und Konzepte die aktuelle Vorgehensweise bei der Planung, Durchführung und Entwicklung von Bergbauprojekten grundlegend. Um dies zu erreichen, werden innovative Konzepte in die strategische Bergbauplanung integriert, um klare Ziele bereits von der „Blaupause“ eines Bergwerks zu definieren, die zur Maximierung von Ressourcen über die reine Lebensdauer des Bergwerks hinausgehen (Bild 2).

Daher hat das erweiterte Blue Mining-Konzept zwei Änderungen umgesetzt: Hinzugefügt zu den zuvor behandelten Aspekten Energie und Ergonomie wurden zwei weitere Nachhaltigkeitsprinzipien: Wasser und Zirkularität. Außerdem wurde die frühzeitige Umsetzung aller Aspekte durch eine integrierte Bergbauplanung ergänzt. Letzteres basiert auf der Optimierung von Prozessen mit dem Ziel, die Ressourcen, die in das Bergwerk gelangen, zu minimieren und die daraus resultierenden Emissionen für jedes Element der Bergbauplanung zu reduzieren. Mit dieser Umsetzung integriert und verbessert „Advanced Blue Mining“ die Kreislaufwirtschaft und die Nachhaltigkeit und schafft einen Rahmen für den Betrieb nachhaltiger Bergwerke, um das Erscheinungsbild des Bergbaus als nachhaltige und verantwortungsvolle extraktive Industrie zu verbessern.

3  Neue Aspekte des Blue Mining

Die Erfahrungen, die bei der Integration des Blue Mining-Konzepts in Forschungsprojekte an der TUC gesammelt wurden, haben die Relevanz der integrierten Bergbauplanung für die Umsetzung des Konzepts bestätigt. Von der Erkundung und Ressourcenabschätzung bis zur Produktionsplanung muss jeder Schritt des Bergbauprozesses sorgfältig und präzise geplant und umgesetzt werden. Durch die Integration aller im Blue Mining-Konzept angewandten Prinzipien in die integrierte Bergbauplanung können Bergbauunternehmen bessere Ergebnisse in Bezug auf Sicherheit, Effizienz, Rentabilität und Nachhaltigkeit erzielen. Durch die frühzeitige Einführung eines optimierten Wassermanagements können beispielsweise die rentabelsten Gebiete für die Wassernutzung und -optimierung ermittelt werden (vgl. Kapitel 3.2). Ebenso kann die frühzeitige Einbeziehung der Grundsätze der Kreislaufwirtschaft und der Zirkularität Bergbauunternehmen helfen, die Produktion zu optimieren und die Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren.

3.1  Integrative Bergbauplanung und Zirkularität

Die integrative Bergbauplanung umfasst alle Planungsphasen der traditionellen Bergbauplanung. Darüber hinaus werden die Kreislaufwirtschaft und Blue Mining integriert, die auf dem Prinzip der Reduzierung von Inputs und der Minimierung von Outputs in der gesamten Wertschöpfungskette eines Bergbauprojekts beruhen. Integrative Planung steht somit für die Optimierung der Nutzung von Ressourcen und Prozessen als entscheidendem Schritt zur Erzielung besserer nachhaltiger Ergebnisse und zur Steigerung der Gesamteffizienz. Integrative Bergbauplanung bietet einen klaren Überblick über die verschiedenen im Betrieb benötigten Ressourcen und einen kontrollierten Überblick über die erzeugten Outputs (Bild 3).

Unter Berücksichtigung der Auswirkungen aller Elemente und Prozesse können Planer Möglichkeiten und Formen zur Optimierung ihrer Verwendung im Bergbau identifizieren. Daher werden in Bild 3 die Verbindungen, die durch Kreislaufwirtschaft erreicht werden, skizziert. Im Folgenden werden ausgewählte Möglichkeiten der Kreislaufwirtschaft vorgestellt, wobei das bei der Gewinnung entstehende Fördergut als Produkt hier nicht berücksichtigt wurde, da seine Gewinnung maximiert werden soll. Wenn man beispielsweise den Abraum betrachtet, so kann das verworfene Material in den Bau von Anlagen oder als Straßenbaumaterial innerhalb und außerhalb des Bergwerksgeländes integriert werden. Wo möglich, können Kooperationen mit nahegelegenen Steinbrüchen für die Aufbereitung und Siebung genutzt werden, um die Kosten für den Vortrieb zu senken und eine neue Quelle für nachhaltige Baumaterialien zu schaffen (20). Bei Energie als Input interagieren verschiedene Energiequellen innerhalb eines Bergbaubetriebs und können sich aus einer Mischung von fossilen Brennstoffen, Druckluft und Elektrizität zusammensetzen. Je nach Art des Betriebs hat eine Art von Energiequelle einen höheren Bedarf als die anderen. Traditionelle und laufende Betriebe können eine höhere Nachfrage nach fossilen Brennstoffen haben, während moderne Betriebe hingegen einen höheren Bedarf an Elektrizität haben werden. In beiden Fällen entstehen Scope 1- und Scope 2-Emissionen. Um die erzeugten Emissionen besser zu steuern, können verschiedene Strategien zur Reduzierung eingesetzt werden, die von technologischen Veränderungen in Richtung Elektrifizierung und Automatisierung bis hin zur Optimierung von Prozessen auf der Grundlage von Ventilation on Demand (VoD) zur Reduzierung des Energieverbrauchs reichen, da VoD zu einer jährlichen Energieeinsparung von bis zu 50 % führen kann (21). Im Fall der Scope 2-Emissionen haben einige Bergbaubetriebe wie das Olympic Dam Bergwerk von BHP in Australien sich dafür entschieden, Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu beziehen und netzunabhängig zu arbeiten. Dies hat zu einer Senkung der Kosten, zur Unabhängigkeit vom Stromnetz, zur Beseitigung des Stromausfallrisikos bei abgelegenen Betrieben und zu einer drastischen Verringerung der Emissionen geführt. Netzunabhängige Bergwerke, die mit erneuerbaren Energien betrieben werden, können die Energiekosten bei bestehenden Betrieben um bis zu 25 % und bei neuen Bergwerken um 50 % senken (22).

Darüber hinaus ist im Bereich der Energieerzeugung ein besonderes Augenmerk auf Blue Mining, integrative Planung, Kreislaufwirtschaft und Nachbergbau zu legen. Die Entwicklung von Off-Grid-Betrieben kann nicht nur während des Bergbaubetriebs, sondern auch nach Abschluss des Abbaus eine positive Auswirkung haben. Hierbei kann die Nachnutzung der Infrastruktur bereits in den frühen Planungsstadien für die Unterstützung der regionalen Entwicklung in der Nachbergbau-Ära geplant werden. Forschungen an der TUC haben ergeben, dass einer der limitierenden Faktoren bei der Wiederverwendung stillgelegter oder geschlossener Bergwerke die hohen Kapitalkosten sind, die für die Sanierung und Anpassung der vorhandenen Infrastruktur für die Nachnutzung erforderlich sind. Die integrative Planung von Nachtnutzungsstrategien kann sekundäre wirtschaftliche Möglichkeiten für Bergbaubetriebe schaffen, da die erforderliche zusätzliche Infrastruktur während der Lebensdauer des Bergwerks mit weniger Ressourcen aufgebaut werden kann und die Kosten für die Stilllegungsphase reduziert werden. Die im Rahmen des EWAZ-Projekts bewerteten Alternativen sind ein deutliches Beispiel für die Chancen der integrativen Bergbauplanung und das Potential des Blue Mining für die regionale Entwicklung, indem eine zirkuläre Alternative für das regionale Energiemanagement geboten wird. Derzeit ist die Verknüpfung von Bergbauanlagen und erneuerbarer Energieerzeugung Gegenstand der Forschung in Deutschland, Österreich, Australien, Schweden, den Niederlanden, den USA, Südafrika und Italien (23, 24, 25, 26).

Eine innovative Alternative zur Reduzierung von Scope 1-Emissionen ist die wirtschaftliche Abscheidung von Dieselpartikeln und die Kohlenstoffabscheidung aus Methan im Tagebau, unterirdischen und stillgelegten Bergwerken. Methan wird häufig mit dem Kohlebergbau assoziiert, kann aber auch in Salz-, Kali-, Trona-, Diamanten-, Gold-, Basismetall- und Bleibergwerken auf der ganzen Welt während des Betriebs vorkommen und bleibt als latentes Risiko in der Nachbergbauphase bestehen. Im Fall von Abluftmethan gibt es zwei neue Technologien, die eine Kohlenstoffabscheidung ermöglichen: die regenerative thermische Oxidation (RTO) und die katalytische thermische Oxidation (CTO). Eine weitere bedeutende Entwicklung ist eine Initiative von Rockburst Technologies, einem australischen Start-up, mit seiner zum Patent angemeldeten Technologie der Transcritical CO₂ Pulverization (tCO₂), bei der Kohlendioxid zum Brechen des Gesteins bei der Zerkleinerung verwendet wird und die im Vergleich zu herkömmlichen Methoden geschätzte Energieeinsparungen von bis zu 55 % ermöglicht (27). Darüber hin­aus stellt die frühzeitige Integration von Maßnahmen zur Kohlenstoffabscheidung und Emissionsreduzierung in Verbindung mit Carbon Credits eine profitable Möglichkeit für die Methangewinnung in Bergbaubetrieben dar (28). Im Bereich des Managements von Verbrauchsgütern und Ersatzteilen haben Kreislaufinitiativen damit begonnen, ausschließlich Produkte einzuführen, die wiederverwendet, aufgearbeitet, umgewandelt oder recycelt werden können, um den Kohlenstoff-Fußabdruck des Bergwerks zu verringern.

Für einen besseren Überblick über die Möglichkeiten der Kreislaufwirtschaft im Bergbau enthält Tabelle 1 die Elemente der integrativen Bergbauplanung und zeigt sie als In- und Outputs und schlägt verbundene Möglichkeiten der Kreislaufwirtschaft vor.

3.2  Integrierte Wasserbewirtschaftung im Rahmen des Blue Mining-Konzepts

Die Veränderung des Klimas beeinflusst den globalen Wasserzyklus, sodass bis zum Jahr 2070 insgesamt 44 Mio. Europäer von Wasserknappheit betroffen sein werden. Es ist davon auszugehen, dass der steigende Wasserbedarf verschiedener Industriezweige einschließlich des Bergbaus vermehrt zu Nutzungskonflikten führen wird. Um eine „soziale Betriebslizenz“ zu erhalten und eine langfristige Rentabilität zu gewährleisten, muss die Bergbauindustrie einer nachhaltigen und zirkulären Wasserbewirtschaftung Vorrang einräumen (29). Der Begriff „Integriertes Wassermanagement“ (IMWM) hat sich daher in der Bergbauindustrie und anderen wasserintensiven Sektoren in den letzten Jahrzehnten entwickelt, um die Notwendigkeit einer umfassenden, nachhaltigen und effizienten Nutzung der Wasserressourcen zu betonen. Dieses Konzept der nachhaltigen und kreislauforientierten Wasserbewirtschaftung steht ebenfalls im Mittelpunkt der Blue Mining-Initiative.

IMWM im Bergbau stellt einen ganzheitlichen Ansatz dar, um Wasserressourcen während des gesamten Lebenszyklus des Bergbaus nachhaltig und verantwortungsvoll zu nutzen. Dies beinhaltet die sorgfältige Planung, genaue Bewertung, nachhaltige Erhaltung, professionelle Behandlung und konstante Überwachung der Wassernutzung. Das primäre Ziel dieses Ansatzes ist die Minimierung der Auswirkungen des Bergbaubetriebs auf lokale Wasserressourcen, den Schutz der Wasserqualität und die Sicherstellung nachhaltiger Wasserbewirtschaftungspraktiken, um den Wasserfußabdruck des Betriebs zu reduzieren, ohne die Produktion zu beeinträchtigen. Kernelemente des integrierten Wassermanagements sind:

• Die optimierte Nutzung und Wiederverwendung der Wasser­ressourcen.
• Die Reinigung und Aufbereitung von Abwässern, um Schadstoffe zu entfernen und die Rückführung ins System und in das Ökosystem sicherzustellen.
• Die Vermeidung von Eingriffen in natürliche Wasserläufe und die Erhaltung der Biodiversität.
• Kontinuierliches Monitoring der Wasserquellen und -reserven, um negative Auswirkungen frühzeitig zu erkennen und eine optimale vorausschauende Planung zu ermöglichen.
• Sensibilisierung und Bildung von Mitarbeitern und Stakeholdern über die Bedeutung von Wasserschutz und -management.
• Die transparente Einbindung der lokalen Gemeinschaft in Entscheidungsprozesse, um die Bedürfnisse und Rechte aller Beteiligten zu berücksichtigen.

Für die Entwicklung geeigneter Managementstrategien im Bergbau ist ein tiefgreifendes Verständnis sowohl der klimatischen und hydro­geologischen Rahmenbedingungen als auch der Wassernutzung in den fünf Hauptlebensphasen des Bergbaubetriebs unerlässlich. Die benötigte Wassermenge variiert je nach Bergwerks­typ, den angewandten Technologien und Prozessen sowie den umweltrechtlichen Anforderungen und der regionalen Wasserverfügbarkeit. Daher werden nachfolgend die fünf zentralen Phasen – Exploration, Planung, Produktion, Schließung und Nachbergbau (Bild 4) – im Hinblick auf den variierenden Wasserbedarf und Veränderungen in der Wasserqualität qualitativ betrachtet.

3.2.1  Exploration

Während in der Explorationsphase der Wasserbedarf gering ist, erfolgt eine entscheidende erste Evaluierung der Wasseranforderungen für das Projekt. Um frühzeitig Risiken für die lokalen Wasserressourcen zu identifizieren, erfolgt eine sorgfältige Bewertung der hydrogeologischen Bedingungen und der Wassereinzugsgebiete in der Nähe des Rohstoffvorkommens. Hierbei werden Informationen über die vorhandenen Wasserkörper, deren Einzugsgebiete und Fließwege sowie meteorologische, geologische und umweltbezogene Daten gesammelt und ausgewertet. Das Ziel dieser Untersuchungen ist es, das hydrologische System vor Beginn der bergbaulichen Aktivitäten zu erfassen und genügend Informationen zu sammeln, um die qualitativen und quantitativen Auswirkungen des Bergbaus auf die lokalen Wasserressourcen vorherzusagen. Zudem müssen weitere Wassernutzer und Stakeholder in der Nähe identifiziert werden, um Nutzungskonflikte proaktiv anzugehen und zu vermeiden.

Bereits in der Erkundungsphase müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um mögliche negative Auswirkungen auf die lokalen Wasserressourcen zu minimieren. Dies bedeutet, dass Bohrkampagnen sorgfältig geplant werden müssen, da fehlgeleitete Bohrungen langfristige Auswirkungen auf den Wasserkreislauf und mögliche Kontaminationen verursachen können. Daher ist die Anwendung umweltfreundlicher Bohrtechniken und die sorgfältige Handhabung von Chemikalien und entstandener kontaminierter Wässer gemäß den geltenden Richtlinien und Gesetzen vor Ort von größter Bedeutung, um Umweltrisiken zu minimieren.

In der ersten Phase wird die übergeordnete Zielstellung der Wassermanagement-Strategie festgelegt, welche je nach klimatischen Bedingungen variieren kann. In ariden Regionen liegt der Fokus auf der Optimierung der Wasserversorgung, wohingegen in humiden Gebieten Einrichtungen zur Verhinderung unkontrollierter Abflüsse, Hangrutschungen oder Dammversagen während Hochwasserperioden von besonderer Bedeutung sind. Während der Exploration sollten Potentiale der Wassernutzung während und nach der Betriebsphase identifiziert werden. Die jeweilige Nutzungsstrategie ist dabei abhängig von den (hydro-)geologischen Umgebungsbedingungen, wie z. B. Wasserdargebot, Mineralbestand und Festigkeit des geothermischen Gradienten des Umgebungsgesteins. Nach Möglichkeit sollten Explorationsbohrlöcher vorrausschauend angelegt werden, sodass diese im Idealfall nach der Exploration noch einen Nutzen erfüllen, indem sie beispielsweise als Grundwassermessstellen in das Monitoringkonzept des Bergwerks einbezogen werden.

3.2.2  Planung und Konstruktion

In der Phase, in welcher das detaillierte Design sowohl der operativen Bereiche als auch der Wasserinfrastruktur entworfen wird, muss die Planung auch zukünftige Nutzungen dieser Infrastrukturen nach der Bergwerksschließung berücksichtigen. Es ist wesentlich, potentielle Nutzungsoptionen frühzeitig zu erkennen. Dies ermöglicht eine vorausschauende technische Planung für die richtige Dimensionierung und Sicherstellung der Stabilität der Infrastrukturen von Beginn an. Diese Überlegungen müssen in einen umfassenden Bergbauplan integriert werden, der auch Details zu unterirdischen Bergwerksdienstwassersystemen, Bergbaukühlsystemen sowie Plänen zur Bewältigung von Wasserzuflüssen und zivilen Konstruktionsarbeiten mit mechanischem, elektrischem und instrumentellem Design enthält.

Mit dem Beginn der Bauarbeiten auf dem Bergbaustandort wird gleichzeitig die Wasserinfrastruktur errichtet, was die ersten sichtbaren Umweltauswirkungen mit sich bringt, darunter Änderungen in der Topographie und dem Oberflächenabfluss sowie hydraulische Veränderungen in den Aquiferen. Das Wassermanagement- und Monitoringprogramm entwickelt sich weiter zu einer detaillierten Beschreibung des Wassersystems und liefert präzisere Informationen zu den geschätzten Wasserflüssen aus den verschiedenen Anlageneinheiten und dem Bergbauareal. In diesem Schritt werden die kritischen Faktoren eines Bergwerksbetriebs ermittelt, die den höchsten Wasserbedarf aufweisen oder den stärksten Einfluss auf die Wasserqualität haben. Hier gilt es zu überprüfen, ob Prozesskreisläufe optimiert werden können und ob gewisse Operationsbereiche auch mit einer geringeren Wasserqualität funktionsfähig sind, um den Frischwassergebrauch zu reduzieren.

3.2.3  Produktion

Während der Betriebsphase eines Bergwerks ist die kontinuierliche Datensammlung zu Wasserqualität und -menge von entscheidender Bedeutung. Diese Daten dienen der Aktualisierung von Wasserbilanzmodellen und -managementplänen. Zudem erfolgt eine strenge Überwachung und Berichterstattung an die zuständigen Behörden sowie ein Feedback an Interessengruppen im Einzugsgebiet. Um Wasser während der Betriebsphase nachhaltig zu nutzen, erfolgt eine Unterteilung in drei Kategorien: Prozess- und Grauwasser, natürliche Wasserquellen und Abwässer. Jede dieser Kategorien erfordert spezialisierte Überwachungssysteme und ggf. Aufbereitungsmaßnahmen. Während der Betriebsphase sind verschiedene Nutzungsoptionen für Wasser von Bedeutung, um den Wasserbedarf zu minimieren und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. Neben dem Einsatz zur Erzaufbereitung, als Kühlwasser oder zur Staubkontrolle kann das Wasser bei entsprechend ausgelegter Infrastruktur zur Energieerzeugung und -speicherung für erneuerbare Energieerzeugung in Solar- oder Windparkanlagen genutzt werden. Deren Integration in den Bergwerksbetrieb leistet somit zeitgleich einen Beitrag zur Energieeffizienz eines Standorts. Während des gesamten Betriebs müssen der Wasserbedarf und die Wasserqualitätsentwicklung in regelmäßigen Abständen überwacht und überprüft werden. Falls erforderlich, sollten Anpassungen an veränderte Wasserverfügbarkeiten, wie beispielsweise saisonale Schwankungen, vorgenommen werden. Wasserbewirtschaftungsstrategien, die über den Rohstoffabbau hinausgehen und die während der Betriebsphase verfolgt werden, sollten auch in der Nachbergbauphase ein mögliches Nutzungspotential darstellen, um kosten- und zeitintensive Umbauarbeiten zu vermeiden.

3.2.4  Schließung und Nachbergbau

Die Schließungsphase eines Bergwerks markiert den Übergang von der Rohstoffgewinnung zur Nachbergbauphase. Eine sorgfältige Planung und Kontrolle des Wassermanagements während des Übergangs zur Nachbergbauphase ist essentiell, da dieser Zeitraum mehrere Jahrzehnte in Anspruch nehmen kann und es unabdingbar ist, die Lebensqualität der lokalen Bevölkerung sowie die ökologische Integrität der Umwelt sicherzustellen. In dieser Phase des IMWM liegt der Fokus auf der Wasseraufbereitung und -bewirtschaftung nach der Bergbauschließung, mit dem Ziel, den Wasserbedarf allmählich zu reduzieren und die Wasserqualität langfristig mit möglichst geringem Kosten- und Überwachungsaufwand sicherzustellen. Traditionell liegt der Schwerpunkt der Schließungsphase auf der Wiederherstellung der ursprünglichen Umweltbedingungen. Dieser Ansatz, obwohl umweltfreundlich, ist oft nicht realisierbar, vor allem dann, wenn größere hydrologische Eingriffe, wie z. B. die Umleitung von Vorflutsystemen, erfolgt ist. Beim Schließungskonzept ist es unabdingbar, nicht nur Umweltauswirkungen zu minimieren, sondern auch sozio-ökonomische Aspekte zu berücksichtigen, welche die Bedürfnisse der umliegenden Gemeinden und anderer Endnutzer mit einbeziehen.

Für das IMWM bedeutet dies nicht nur eine sorgfältige Überwachung und Sicherstellung der Wasserqualität, sondern auch die Integration der identifizierten Nutzungspotentiale des Wassers und der vorhandenen Infrastruktur in regionale Energie- und Wasserversorgungssysteme. Mögliche Nutzungsoptionen können sein:

• Geothermie,
• hydroelektrische Energieerzeugung,
• Energiespeicherung,
• elektrochemische Energieumwandlung,
• Wertstoffrückgewinnung,
• Trinkwasser,
• Prozesswasser,
• Irrigation,
• Aquakultur/Hydroponik (Nutzung des Wassers in Hydroponik-Systemen zur Pflanzenzucht oder in Aquakulturen zur Fischzucht).

Dabei ist eine umfassende Risikobewertung für jede Nutzungsoption unabdingbar einschließlich der Berücksichtigung der zeitlichen Entwicklung von Wasserqualität und -menge. Auch wenn bereits in der Planungsphase des Bergwerks Nutzungsstrategien in der Nachbergbauphase berücksichtigt werden sollten, sollte überprüft werden, ob die vorhandene Infrastruktur sowie das bergbaulich beeinflusste Gebirge für die angestrebte Nutzung ausgelegt sind, zumal sich die gebirgstechnischen Eigenschaften maßgeblich durch die bergbauliche Aktivität verändert haben können.

Zusammengefasst stellt IMWM im Bergbau sicher, dass Wasserressourcen während des gesamten Lebenszyklus eines Bergwerks verantwortungsvoll und nachhaltig genutzt werden, wobei der Schutz lokaler Wasserressourcen und die Minimierung des Wasserfußabdrucks im Vordergrund stehen. Entscheidend für eine effektive Wasserbewirtschaftung ist ein tiefes Verständnis sowohl der Umweltbedingungen als auch der Wassernutzung in den unterschiedlichen Phasen des Bergbaubetriebs. Insbesondere während der Schließungs- und Nachbergbauphase ist es von zentraler Bedeutung, nicht nur auf die Umweltverträglichkeit zu achten, sondern auch wirtschaftliche und soziale Aspekte, wie die Bedürfnisse der umliegenden Gemeinschaften, frühzeitig zu berücksichtigen und Synergieeffekte zur Minimierung von Nutzungskonflikten zu schaffen. Schließlich kann eine vorausschauende, integrierte Wasserbewirtschaftungsstrategie sicherstellen, dass Bergbau­standorte auch nach ihrer Schließung einen positiven Beitrag zur regionalen Wasserversorgung und Energieerzeugung leisten.

4  Schlussfolgerungen und Ausblick

Das Blue Mining-Konzept stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, um die Bergbauindustrie in eine nachhaltigere und effizientere Zukunft zu führen. Der Fokus auf verantwortungsvolle Bergbaumethoden spiegelt das Grundprinzip der Kreislaufwirtschaft wider, nachhaltige Geschäftsmodelle zu entwickeln, die angesichts des gegenwärtigen Wandels in der Bergbauindustrie wettbewerbsfähiger sind. Beide Konzepte ergänzen sich und erkennen die Notwendigkeit an, die ökologischen und sozialen Auswirkungen zu minimieren und zugleich wirtschaftliche Entwicklung voranzutreiben. Dennoch stehen der erfolgreichen Umsetzung des Blue Mining-Konzepts einige Herausforderungen im Weg. Eine wesentliche Her­ausforderung besteht in der Einzigartigkeit jedes Bergbaustandorts, was eine generalisierte Anwendung des Konzepts erschwert. Jeder Bergbaustandort hat spezifische Gegebenheiten, die berücksichtigt werden müssen, wie beispielsweise unterschiedliche Gesetze und Regelwerke in verschiedenen Regionen, was eine maßgeschneiderte Anpassung erfordert. Darüber hinaus ist die genaue Umgestaltung von Materialkreisläufen von entscheidender Bedeutung, erfordert jedoch transparente Einblicke in aktuelle Daten, die nicht immer leicht zugänglich sind. Produktions- und Verbrauchsdaten müssen in ausreichender Qualität und digital vorliegen, um eine fundierte Analyse durchführen zu können. Falls solche Daten verfügbar sind, können sie in umfassenden Lebenszyklusbewertungen genutzt werden, um Optimierungsmöglichkeiten für jeden Input und Output eines Bergwerks zu identifizieren. Schließlich erfordert die Umstellung von linearen auf dynamische Planungsansätze eine enge Zusammenarbeit mit Behörden und die Berücksichtigung von Umweltauflagen. Dies ist notwendig, um sicherzustellen, dass die Bergbauindustrie die erforderlichen Genehmigungen und Unterstützung erhält, um die neuen Ansätze erfolgreich umzusetzen. Wenn diese Transformation gelingt, kann langfristig das schlechte Image der Branche verbessert werden.