Das IMMERSE-Projekt: Virtuelle Exkursionen zu kritischen Rohstoffen für die Energiewende

Kritische Rohstoffe (CRMs) spielen eine zentrale Rolle bei der Energiewende und der Verwirklichung des Europäischen Green Deal und tragen wesentlich zur Erreichung der Ziele für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen (SDGs) bei. Eine nachhaltige Versorgung mit CRMs ist für alle Industriesektoren von grundlegender Bedeutung und beeinflusst die Entwicklung Europas. Die Stärkung der lokalen Produktion und der nachhaltigen Nutzung dieser Ressourcen ist von entscheidender Bedeutung, um die Abhängigkeit von Importen zu verringern und eine sichere und widerstandsfähige Lieferkette zu gewährleisten.

Mit der zunehmenden Fokussierung auf nachhaltige Rohstoffgewinnung steigt der Bedarf an qualifizierten Fachkräften, die eine verantwortungsvolle und sichere Gewinnung von CRMs gewährleisten. Eine bemerkenswerte Herausforderung in Europa ist jedoch der Mangel an qualifizierten Fachkräften im Bergbau- und Rohstoffsektor. Als Reaktion auf diese Dringlichkeit wurde das Gemeinschaftsprojekt IMMERSE (Immersive virtuelle Exkursionen zu kritischen Rohstoffen für die Energiewende) ins Leben gerufen, das namhafte Universitäten in Europa und Australien zusammenbringt, um die Lücke in der Ausbildung von Rohstoffexperten durch innovative Lern- und Lehrmethoden zu schließen, die sich auf nachhaltige Bergbaupraktiken im CRM-Sektor konzentrieren.

Motivation

Bis Ende 2050 muss Europa die Verwirklichung des Europäischen Green Deal und ein vollumfängliches Bekenntnis für die Ziele der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung (SDGs) sicherstellen (1). Im Mittelpunkt dieser Bemühungen steht die Notwendigkeit einer nachhaltigen Versorgung mit kritischen Rohstoffen (CRMs), die für verschiedene Industriezweige unverzichtbar sind und einen erheblichen wirtschaftlichen Wert für Schlüsselsektoren der europäischen Wirtschaft haben. Die europäische Industrie ist jedoch sehr anfällig für die mit CRMs verbundenen Versorgungsrisiken, vor allem aufgrund ihrer hohen Abhängigkeit von Importen und der Konzentration dieser Materialien in bestimmten Ländern (2). Diese Abhängigkeit unterstreicht die dringende Notwendigkeit, zu einer ressourceneffizienteren Wirtschaft überzugehen und gleichzeitig eine nachhaltige Entwicklung zu fördern (3).

Da der Schwerpunkt zunehmend auf nachhaltigen Ressourcen liegt, steigt der Bedarf an qualifizierten Fachkräften, die eine verantwortungsvolle und sichere Gewinnung von CRMs gewährleisten. Dies ist unerlässlich, um die wachsende Nachfrage nach CRMs zu befriedigen, die Wettbewerbsfähigkeit Europas zu stärken und Europas Abhängigkeit von CRM-Importen zu verringern. Eine nennenswerte Herausforderung in Europa besteht im Mangel an qualifizierten Fachkräften im Bereich des Bergbaus und der mineralischen Rohstoffe.

Das Bergbaustudium steht vor zahlreichen Herausforderungen, insbesondere bei der Umsetzung von theoretischem Wissen in praktische Fähigkeiten, was einen reibungslosen Übergang von der akademischen Ausbildung zur Berufspraxis behindert (4). Darüber hinaus befinden sich das Fachgebiet Bergbauingenieurwesen und der zugehörige Bildungssektor in einem anhaltenden Wandel, der zu rückläufigen Studierendenzahlen führt. Dieser Rückgang ist größtenteils auf die negative gesellschaftliche Wahrnehmung des Bergbaus zurückzuführen, bei der die Besorgnis über mögliche Umweltzerstörungen und soziale Auswirkungen den wirtschaftlichen Beitrag des Bergbaus überschatten. Da sich die öffentliche Meinung vom Bergbau als Berufswahl abwendet, fühlen sich immer weniger Studierende von diesem Sektor angezogen, was wiederum die Qualifikationslücke und den Fachkräftemangel in der Bergbauindustrie vergrößert. Infolgedessen stehen die Hochschulen vor der Herausforderung, finanzielle Mittel zu sichern, die notwendig sind, um die Attraktivität bergbaubezogener Studiengänge zu erhalten.

Praktische Lernerfahrungen, wie z. B. Exkursionen, sind für eine effektive Bergbauausbildung unerlässlich. Jedoch sind solche Exkursionen teuer und für große Gruppen von Studierenden oft nicht umsetzbar (5). Darüber hinaus müssen traditionelle Lehrmethoden wie Vorlesungen, denen es oft an Interaktionen mit Studierenden mangelt, zunehmend durch innovativere Ansätze ersetzt werden. Dieser Wandel wird durch technologische Fortschritte und eine veränderte Einstellung der Studierenden zum Lernen beschleunigt (6).

Virtuelle Exkursionen (VE) sind innovative Lehrmittel, welche die Integration von wissenschaftlicher Forschung und praktischer Anwendung in der Industrie fördern und es den Studierenden ermöglichen, sich im Klassenzimmer gefahrlos mit Szenarien zu befassen, die in der Realität oft schwer zugänglich sind oder Sicherheitsrisiken bergen. Durch die Simulation realer Bergbauumgebungen mittels immersiver Online-Erfahrungen ermöglichen VE den Studierenden, aktuelle Forschungs- und Industriepraktiken ohne geografische Einschränkungen zu erkunden. Diese virtuellen Erfahrungen fördern die Erkundung nachhaltiger Praktiken und innovativer Lösungen für die heutigen Herausforderungen im Bergbau und bringen die Bildungsergebnisse mit den Anforderungen des Markts in Einklang.

Das IMMERSE-Projekt (Immersive virtuelle Exkursionen zu kritischen Rohstoffen für die Energiewende) ist eine bahnbrechende Initiative im Bereich der Bildungsinnovation, die darauf abzielt, VE zu entwickeln, um die Ausbildung im Bereich der CRMs zu verbessern. Diese gemeinsame Anstrengung vereint führende Universitäten aus Europa und Australien, um die Ausbildungslücke für Bergbau- und Geowissenschaftsfachleute zu schließen, indem innovative Lehr- und Lernpraktiken eingeführt werden mit dem Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit.

Zielsetzung

Das Hauptziel des IMMERSE-Projekts ist die Entwicklung von VE, welche die Ausbildung im Bereich der CRMs verbessern und sich auf den gesamten Lebenszyklus dieser Materialien konzentrieren. Durch die Simulation realer Bergbauszenarien ermöglichen diese VE den Studierenden, sich mit komplexen Konzepten in einer simulierten Umgebung auseinanderzusetzen, wodurch sie die wichtigsten Prinzipien besser verstehen und verinnerlichen. Das Projekt zielt zudem darauf ab, flexible, zeit- und kostensparende Unterrichtskonzepte bereitzustellen, um die Zugänglichkeit von Unterrichtsmaterialien zu verbessern. Durch virtuelle Technologien kann auf diese Ressourcen jederzeit und überall zugegriffen werden, wodurch teure Exkursionen und spezielle Ausrüstungen weniger notwendig werden. Darüber hinaus werden im IMMERSE-Projekt offene Bildungsressourcen (Open Educational Resources, OER) geschaffen, um einen breiten Zugang zu qualitativ hochwertigen Bildungsmaterialien zu gewährleisten. Zudem zielt das Projekt darauf ab, die Kooperationsfähigkeit von Universitäten zu verbessern, indem es die grenzüberschreitende Zusammenarbeit, insbesondere auf EU-Ebene, fördert und es Studierenden und Lehrkräften ermöglicht, gemeinsame Herausforderungen der Bergbaubranche anzugehen.

Partnerschaft

Das IMMERSE-Projekt bringt ein Konsortium führender akademischer Einrichtungen in Europa und Australien zusammen, die jeweils einzigartige Fachkenntnisse in den Bereichen Bergbau und Geowissenschaften einbringen (Bild 1). Das Projekt wird vom Institute of Mineral Resources Engineering (MRE) der RWTH Aachen University, Aachen, geleitet, das für seine Kompetenz im Bereich des nachhaltigen Ressourcenmanagements bekannt ist. Zu den Kooperationspartnern gehören das Centre for Ore Deposit and Earth Sciences (CODES) an der University of Tasmania, Hobart/Australien, das für seine Spitzenforschung im Bereich der Lagerstättenkunde und Geowissenschaften bekannt ist, die School of Mineral Resources Engineering (MRE) an der Technischen Universität Kreta, Chania/Griechenland, mit einem starken Schwerpunkt auf nachhaltigen Bergbaupraktiken und die Environmental Mineralogy and Geochemistry Group (MGA) an der Universität Huelva, Huelva/Spanien, mit Fachwissen in den Bereichen geologische Wissenschaften und Umweltverträglichkeitsprüfungen.

Zielgruppe

Das Hauptziel des IMMERSE-Projekts ist es, die Bildungsbedürfnisse der folgenden Zielgruppen zu erfüllen:

• Studierende der Geowissenschaften und des Bergbaus im Grund- und Aufbaustudium: Das Hauptaugenmerk des Projekts liegt auf der Bereitstellung umfassender Bildungsressourcen für Studierende der Geowissenschaften und des Bergbaus im Grund- und Hauptstudium.
• Öffentlichkeit: Das Projekt richtet sich zudem an die Öffentlichkeit mit dem Ziel, das Bewusstsein für die Bedeutung von CRMs für die Gesellschaft und die Relevanz nachhaltiger Gewinnungspraktiken zu schärfen.
• Hochschullehre: Darüber hinaus soll das Projekt die Erstellung und Verbreitung von VE für Bildungszwecke erleichtern und Universitäten und andere Organisationen dazu anregen, ähnliche Inhalte zu entwickeln.

Projekt-Ergebnisse

• Virtuelle Exkursionen:

Im Rahmen des Projekts werden mindestens zehn Bergbaustandorte besucht, um Daten über verschiedene geologische Gegebenheiten, Abbaumethoden und Phasen des LOM-Zyklus zu sammeln. Diese Daten werden zur Entwicklung von mindestens dreißig VE verwendet, um eine umfassende pädagogische Abdeckung verschiedener Bergbauszenarien zu gewährleisten.

• IMMERSE Website:

Es wird eine Website eingerichtet, um Ressourcen, einschließlich VE und Projektaktualisierungen, zu verbreiten und Leitlinien und Anleitungen für die Erstellung von VE bereitzustellen, um die größere Zielgruppe zu unterstützen und die Wirkung des Projekts zu erhöhen.

• Handbuch zur Erstellung von VE:

Im Rahmen des Projekts wird ein Handbuch entwickelt, in dem der Prozess der Erstellung von VE beschrieben wird, einschließlich bewährter Verfahren für die Datenerfassung, die Nachbearbeitung und die Integration in pädagogische Rahmenwerke. Dieses Handbuch wird als frei zugängliche Ressource zur Verfügung gestellt, um die umfassendere Anwendung von VE-Erstellungstechniken durch andere Institutionen zu fördern.

Die für dieses Projekt erstellten Materialien werden in englischer Sprache bereitgestellt, um ein breiteres Publikum zu erreichen und die internationale Zusammenarbeit zu fördern.

Ansatz

Das IMMERSE-Projekt verfolgt einen systematischen Ansatz zur Verbesserung der Bildung im Rohstoffsektor durch die Entwicklung von VE (Bild 2). Die Initiative begann mit einem Workshop, bei dem ein einheitlicher Rahmen für die Abstimmung von Projektzielen, Methoden und Bildungsergebnissen erarbeitet wurde. Dies führte zur Entwicklung eines umfassenden didaktischen Rahmens, der die unterschiedlichen akademischen Bedürfnisse der Zielgruppen berücksichtigt. Anschließend wurde eine standardisierte Softwareplattform entwickelt, um die Zusammenarbeit zu erleichtern und die Konsistenz zwischen den Partnereinrichtungen zu gewährleisten. Nach der Auswahl kritischer Rohstoffabbaustätten werden Exkursionen durchgeführt, um digitale Inhalte zu sammeln, darunter konventionelle und 360°-Bilder, Drohnenaufnahmen und geologische Daten. Die gesammelten Daten werden nachbearbeitet und mit Metadaten angereichert, um strukturierte, interaktive Bildungsinhalte gemäß den pädagogischen Richtlinien zu erstellen. Die Erstellung der VE folgt den etablierten pädagogischen Konzepten und verwandelt die Rohdaten in strukturierte, interaktive Bildungsinhalte. Auf die Integration der VE in die Lehrpläne der Partneruniversitäten folgen Validierungs-, Bewertungs- und Überarbeitungsprozesse, um ihre Wirksamkeit sicherzustellen. Schließlich werden die VE auf der Grundlage von Nutzerfeedback und neuen bewährten Verfahren verbessert.

Fallstudien

Im Rahmen des IMMERSE-Projekts wurden bisher Exkursionen zu zwei wichtigen Standorten, dem Bergwerk Riotinto in Spanien und dem Bergwerk Gánt Bauxit in Ungarn, unternommen, um Inhalte für die Entwicklung von VE zu generieren. Diese Stätten wurden aufgrund ihrer Bedeutung und ihrer einzigartigen geologischen Merkmale ausgewählt und bieten den Studierenden vielfältige Lernmöglichkeiten, um verschiedene Aspekte des Bergbaus und des nachhaltigen Ressourcenmanagements zu erkunden.

• Bergwerk Riotinto, Spanien

Der iberische Pyritgürtel (IPB) enthält einige der weltweit bedeutendsten vulkanogenen Massivsulfidlagerstätten mit einer über 5.000-jährigen Bergbaugeschichte (7). In den letzten zehn Jahren erlebte der IPB einen Wiederaufschwung der Bergbauaktivitäten und der wissenschaftlichen Forschung (8). Das historische Bergwerk Riotinto wurde 2015 unter der Leitung von Atalaya Mining wiedereröffnet (9) und ist derzeit ein aktiver Kupfertagebau in der Provinz Huelva (10). Diese Region hat einen bedeutenden historischen und ökologischen Wert, da die Bergbauaktivitäten bis in die vorrömische Zeit zurückreichen (7). Darüber hinaus ist der Fluss Riotinto ein weltberühmtes Beispiel für saure Grubenwässer (AMD), verursacht durch Sulfidoxidation (11) (Bild 3).

Zwei VE zu Riotinto werden die einzigartigen geologischen Merkmale des Standorts, die AMD, und die Bergbautechniken zeigen. Durch die Einbeziehung von interaktiven Drohnenaufnahmen, 360°-Fotos und -Videos sowie geologischen Daten werden diese beiden VE das Verständnis der Studierenden für Bergbautechniken und Umweltherausforderungen des Rohstoffsektors fördern.

• Bauxitbergwerk Gánt, Ungarn

Im Jahr 1924 entdeckte Jenő Balás das bedeutende Karstbauxitvorkommen in Gánt, ein wichtiger Teil der geologischen Bemühungen Ungarns, nach dem Ersten Weltkrieg neue Bodenschätze zu finden (12). Der Tagebau wurde 1926 in Betrieb genommen und entwickelte sich mit einer Gesamtproduktion von 10 Mio. t zum größten Bauxitproduzenten Europas. Im Jahr 1987 war das Bergwerk jedoch nicht mehr rentabel und wurde geschlossen (13).

Heute dient die Stätte als Museum und geologischer Park, in dem die Besucher einen Einblick in die historische Reise des Bergbaus erhalten. Der geologische Park verfügt über einen Lehrpfad mit 13 Stationen, der die Geologie und die Bergbaugeschichte der Region beleuchtet. Das Museum, das sich in einem künstlichen Stollen am Rand des ehemaligen Bergwerks befindet, zeigt Bergbauwerkzeuge, -ausrüstung und historische Fotos.

Die für Gánt entwickelte VE legt den Schwerpunkt auf geologische Informationen, Bergbautechniken und die Umweltauswirkungen des Bergbaus auf die umliegende Landschaft. Außerdem werden die Sanierungsmaßnahmen nach dem Bergbau zur Wiederherstellung des Gebiets und zur Förderung der biologischen Vielfalt vorgestellt. Die VE umfasst 3D-Modelle (Bild 4), 360°-Bilder, Drohnenvideos und geologische Untersuchungen.

Zusammenfassung und Ausblick

Bergbauinstitute auf der ganzen Welt erfahren rückläufige Studierendenzahlen. Infolgedessen müssen Universitäten auf der ganzen Welt innovative Lehr- und Lernprojekte verfolgen, um Studierende und die Öffentlichkeit für den Rohstoffsektor zu begeistern. Das IMMERSE-Projekt, dessen Schwerpunkt auf immersiven virtuellen Exkursionen liegt, wird technologische Fortschritte in die universitäre Ausbildung integrieren und interaktive Lernaktivitäten anbieten. Somit wird das Projekt als Modell für ähnliche Bildungsinitiativen in anderen wissenschaftlichen Disziplinen dienen.

Danksagung

Das IMMERSE-Projekts wird durch das ERASMUS+-Förderprogramm der Europäischen Union finanziell unterstützt (Förderungsnummer: 2023-1-DE01-KA220-HED-000165332).