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Forschungsbereiche im Nachbergbau

Um den Herausforderungen der Nachbergbauära zu begegnen, hat das Forschungszentrum Nachbergbau (FZN) an der Technischen Hochschule Georg Agricola (THGA) in Bochum einen integrierten Ansatz entwickelt, der vier Forschungsbereiche umfasst: Ewigkeitsaufgaben und Grubenwassermanagement, Geomonitoring im Alt- und Nachbergbau, Materialwissenschaften zum Erhalt und zur Neunutzung des industriellen Erbes sowie Reaktivierung und Transition.

Der verantwortungsbewusste und nachhaltige Umgang mit den Ressourcen unseres Planeten als ein Beitrag zur Erfüllung der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen ist zentraler Bestandteil des Selbstverständnisses des FZN. Es soll künftig Teil eines nationalen und internationalen Netzwerks sein und darin im Interesse aller sozialen Schichten und der Umwelt agieren.

Author/Autor: Prof. Dr. Jürgen Kretschmann, Technische Hochschule Georg Agricola (THGA), Bochum/Germany

1  Nachbergbau – eine Übersicht

Der Begriff „Nachbergbau“ bezieht sich auf alle Prozesse und Aufgaben, die nach der Gewinnung der natürlichen Ressource anstehen. Dazu zählen neben den direkten Aktivitäten zur Sicherung und Nachnutzung der Bergbauhinterlassenschaften auch das langfristige Geomonitoring der ehemaligen Abbautätigkeiten und der dafür genutzten Gebiete.

Klassische Aufgaben sind das Vermeiden oder Minimieren von Gefährdungen aus alten Bergbauaktivitäten sowie die Renaturierung und Rekultivierung von Gebieten, die zuvor für den Bergbau genutzt wurden. Die Aktivitäten beziehen sich neben der Grundwasser- und Grubenwasserhaltung des Stein- und Braunkohlenbergbaus auch auf die Stilllegung von Erdöl- und Erdgasbohrungen (1). Das Geomonitoring befasst sich mit den resultierenden Nachbergbauprozessen und deren Interaktionen, z. B. abbauinduzierte Bodenbewegung. Grundlage dieser Arbeit ist der Zugang zu umfangreichen Daten und Informationen hin zu einem umfassenden Wissensmanagement.

Als Reaktion auf den für das Ruhrgebiet angekündigten und mittlerweile vollzogenen Ausstieg aus dem Steinkohlenbergbau hat die Technische Hochschule Georg Agricola (THGA) ein eigenes Forschungszentrum Nachbergbau (FZN) eingerichtet, das die oben genannten Anforderungen im Blick hat, kontinuierlich bearbeitet und Lösungen für neue Herausforderungen entwickelt. So werden neue Methoden der Geotechnik erforscht und getestet, um die Auswirkungen des Bergbaus nachhaltig zu bewältigen. Die Forscher am FZN untersuchen die dringenden Probleme, die sich durch die Schließung der Bergwerke ergeben: Wie können Regionen mit dem Anstieg des Grubenwasserspiegels umgehen? Was passiert mit dem Grubengas? Wie können verlassene Bergwerke „geräumt“ und intelligent neu genutzt werden? Wie können darüber hinaus die Auswirkungen des Bergbaus überwacht werden? Diese Themen werden die Wissenschaftler teilweise dauerhaft beschäftigen. Daher umfasst der Nachbergbau vier Forschungsbereiche: Ewigkeitsaufgaben und Grubenwassermanagement, Geomonitoring im Alt- und Nachbergbau, Materialwissenschaften zum Erhalt und zur Neunutzung des industriellen Erbes sowie Reaktivierung und Transition (Bild 1).

Fig. 1. Research areas of the Research Institute for Post-Mining at the THGA. // Bild 1. Forschungsbereiche des Forschungszentrums für Nachbergbau an der TH Georg Agricola.

2  Ewigkeitsaufgaben und Grubenwassermanagement

Fig. 2. Examples for risk fields in Post-Mining. // Bild 2. Beispiele für Risikofelder im Nachbergbau. Photos/Fotos: 1. ©THGA; 2. ©RAG; 3. ©RAG; 4. ©THGA; 5. JERS data ©JAXA, SAR and InSAR, Verarbeitung durch die Gamma Remote Sensing AG, 1998; 6. ©RAG MI/Thomas Stachelhaus

Unter besonderer Berücksichtigung des Nachbergbaus haben die Bergbaubehörden in enger Zusammenarbeit mit den Bergbauunternehmen ein Risikomanagement entwickelt, mit dem alle Risiken identifiziert, überwacht und geeignete Maßnahmen definiert werden können. Die Risikofelder verlassener Bergbaustandorte lassen sich in folgende Kategorien einteilen (Bild 2):

  • Abstand von ehemaligen Abbauen zur Tagesoberfläche,
  • Tagesöffnungen und Schächte,
  • Senkungen und Hebungen,
  • Diskontinuitäten,
  • Grubengasemissionen an der Tagesoberfläche,
  • Grund- und Oberflächenwasserhaltung,
  • Grubenwasserhaltung,
  • Wiederverwendung von Bergehalden und
  • Sanierung ehemaliger Abbaugebiete (Grundbesitz).

Grubenwasserhaltung ist wahrscheinlich die größte Herausforderung in Deutschland. Grubenwasser ist Regenwasser, das entlang durchlässiger Gesteinsschichten und -klüfte in den Boden eindringt. Dort löst es Mineralien im Gestein, z. B. Salze (2). Im Steinkohlentiefbau muss das Grubenwasser an die Oberfläche gehoben werden, da es sonst natürlich aufsteigen und sich mit Trinkwasser vermischen könnte (2).

Generell kann die Rohstoffgewinnung im Tiefbau vielfältige Auswirkungen auf den regionalen Wasserhaushalt haben. Das Ende der aktiven Rohstoffgewinnung führt normalerweise zu einem Anstieg des Wassers auf seinen ursprünglichen Grundwasserspiegel. Damit verbunden sind hydrogeologische, hydrochemische, geochemische und geomechanische Prozesse. Die Forschungsaktivitäten am FZN konzentrieren sich auf die Modellierung und Überwachung dieser komplexen Prozesse und ihrer gegenseitigen Abhängigkeiten. Die Arbeiten ermöglichen eine Vorhersage der Umweltauswirkungen und führen somit zu einem breiteren Verständnis von Systemen und Prozessen.

Die energetische Verwertung von Grubenwasser ist ein weiteres wichtiges Thema. Im Ruhrgebiet werden jährlich rd. 70 Mio. m3 Grubenwasser gepumpt. Die Temperatur dieses Grubenwassers beträgt 35 bis 40 °C. Warmes Grubenwasser kommt derzeit vor allem in der lokalen geothermischen Wärmenutzung in einzelnen Projekten und Gebäuden zum Einsatz. Es gibt jedoch technische Möglichkeiten, um Niedrigtemperatur-Stromerzeugung aus warmem Grubenwasser zu schaffen. Einige Wissenschaftler am FZN befassen sich bereits mit dieser Aufgabe. Auch werden Trennverfahren zur Aufbereitung von Wasser aus Bergbau- und Industriebranchen entwickelt und in Kleinstanlagen getestet.

3  Geomonitoring im Alt- und Nachbergbau

Weltweit sind viele Regionen von ehemaligen Bergbauaktivitäten betroffen – einige fanden vor Jahrhunderten statt. In vielen Fällen ist die Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen nicht dokumentiert und birgt daher ein inhärentes Risiko für Mensch und Umwelt. Deshalb entwickeln die Forscher des FZN technische Systeme, mit denen in Zukunft alle wesentlichen Prozesse im Nachbergbau überwacht werden können. Fernerkundungsmethoden, Sensoren und Robotik werden dazu kombiniert, die Risiken modelliert und/oder simuliert und zu einem integrierten Risikomanagement zusammengeführt. Durch die Integration der Ergebnisse der Fernerkundung in die Untergrundanalysen können deutlich verbesserte Interpretationen und Prognosen erzielt werden, die auch für das Risikomanagement wichtig sind.

Eine typische Herausforderung von Bergbauprozessen ist die Flächeninanspruchnahme, z. T. mehrere Quadratkilometer. Oft wird der Abbau über lange Zeiträume (Jahrzehnte bis Jahrhunderte) betrieben. Während dieser langen Betriebszeit können jedoch Prozesse auftreten, die lokal auf einer kleinen Fläche und in kurzer Zeit ablaufen. Beispiele hierfür sind Böschungsrutschungen in Tagebauen und an Halden oder das Versagen von Füllsäulen in alten Schächten. Folglich erarbeitet das FZN Methoden und Maßnahmen, die mit Blick auf den zu überwachenden Prozess robust und zuverlässig sind.

Zur Bearbeitung dieser Aufgaben bietet das von der Europäischen Union und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ins Leben gerufene Copernicus-Programm eine leistungsstarke Infrastruktur für die Erdbeobachtung und liefert aussagekräftige Geoinformationen. Speziell für dieses Programm wurden die sieben Satellitenmissionen Sentinels entwickelt. Sie überwachen vom Weltraum aus (Bild 3).

Fig. 3. // Bild 3. Sentinel 2A. Photo/Foto: ESA

Die Sentinel-Satelliten bewegen sich in polaren Umlaufbahnen in einer Höhe von ca. 700 bis 800 km. Ihre Beobachtungen decken nahezu jeden Punkt der Erdoberfläche ab. Ein wichtiges Thema in diesem Zusammenhang ist „Big Data“: Die Sentinel-Satelliten erzeugen gigantische Datenmengen, die verarbeitet, den Benutzern zur Verfügung gestellt und über einen langen Zeitraum gespeichert werden müssen.

Das FZN arbeitet gemeinsam mit Partnern an der Verwendung von Satellitendaten zur Fernerkundung und zur Überwachung der tatsächlichen Prozesse des Nachbergbaus. Der Fokus liegt auf folgenden Aspekten: dem Grundwasserspiegel, der Landnutzung, der Landbedeckung und der Bodenbewegung. In Bezug auf das Potential des Copernicus-Programms und die Zuverlässigkeit der Datenversorgung ist die Überwachung dahingehend innovativ, dass die von den satellitengestützten Sensoren erzeugten Informationen mit terrestrischem Fachwissen verknüpft werden. Das wird als „In-situ-Komponente“ bezeichnet. Die Vorgehensweise wird am folgenden Beispiel erläutert.

Bergbauaktivitäten verursachen Bodenbewegungen. Die Verwendung satellitengestützter Fernerkundungsmethoden ermöglicht die Implementierung einer Überwachung solcher Bodenbewegungen, ohne dass lokale Installationen erforderlich sind (3).

Das Untersuchungsgebiet Kirchheller Heide, eine Heide im nördlichen Teil des Ruhrgebiets, wurde genutzt, um Änderungserkennungsmethoden für Gewässer und Bodenfeuchtigkeit aufgrund bergbaubezogener Bodenbewegungen zu entwickeln. Bergbaubedingte Überschwemmungen können entweder direkt durch die Überwachung der Änderung der Wasserverteilung oder indirekt durch die Beobachtung der Änderung der Vegetation bewertet werden. Änderungen der Vegetation werden insbesondere durch eine veränderte Bodenfeuchtigkeit und/oder Wasseremergenz hervorgerufen (3). Pflanzen in der Nähe von Bergbaugebieten sterben oft dann einfach ab oder der Verfall der Baumringe wird in dem Gebiet beobachtet.

Radarinterferometrie wiederum ist eine geeignete Option zur Überwachung großflächiger Räume. Wie jüngste Auswertungen gezeigt haben, ist die Senkungs-/Siedlungsüberwachung von Gebäuden und Landschaftsformationen sehr genau. In ländlichen Regionen können künstliche Radarreflektoren, etwa Eckreflektoren, aufgestellt werden.

Die hohe Aufnahmekapazität der Sentinels und die regelmäßige Satellitenüberfliegung innerhalb von fünf bis zehn Tagen ermöglicht die quasi-kontinuierliche Überwachung der Bodenbewegung größerer Gebiete, z. B. des gesamten Ruhrgebiets. Neben dem Copernicus-Programm umfasst die In-situ-Überwachung Beobachtungssysteme, die nicht im Weltraum betrieben werden. Solche Systeme sind z. B.:

  • Vermessungsergebnisse von Geodäsie und Bergbauvermessung,
  • luftgestützte Fernerkundungsinstrumente,
  • Ortsbegehung,
  • Fotografie und Fotogrammetrie,
  • meteorologische Messeinrichtungen,
  • oberflächenbasierte Messeinrichtungen (4),
  • Sonden an Wetterballons,
  • Bojen messen, Strommessgeräte.

Ebenso sind Informationsprodukte, die sich aus solchen Beobachtungen ergeben, Teil der In-situ-Komponente. Dazu gehören u. a.:

  • digitale topografische Karten,
  • digitale Höhenmodelle,
  • Orthofotos,
  • Straßennetze,
  • aktuelle Karten, z. B. Waldgebiete, Siedlungen, Gewässer,
  • Risswerke.

Die Anwendung und Bereitstellung der verschiedenen Methoden der In-situ-Komponente hängt von den Anforderungen ab, die von den Nachbergbau-Spezialisten festgelegt werden. Ziel der Integration der verschiedenen Methoden ist die offene Transparenz der verfügbaren Daten und die Akzeptanz der Überwachungs-ergebnisse (5).

4  Materialwissenschaften zum Erhalt und zur Neunutzung des industriellen Erbes

Die industrielle Entwicklung hatte eine prägende regionale Bedeutung für Gesellschaft und Architektur in Deutschland, insbesondere im Ruhrgebiet, aber auch in anderen Regionen des Landes. Aufgrund der Verfügbarkeit von Steinkohle entstand im frühen 19. Jahrhundert eine Ansammlung von Städten mit industriellem Einfluss. Heute bilden diese Städte eine Metropolregion mit mehr als 5 Mio. Einwohnern. In diesem Umfeld wurden zahlreiche Objekte des Steinkohlenbergbaus in Bezug auf Gewinnung, Aufbereitung, Transport und Infrastruktur gebaut, die architektonische Highlights/architektonische Wahrzeichen des „Kohlezeitalters“ in Deutschland sind. Ein Beispiel ist die Zeche und Kokerei Zollverein in Essen, die zum UNESCO-Weltkulturerbe gehört (Bild 4).

Fig. 4. Industrial monument: pit frame head of shaft XII of colliery Zollverein. // Bild 4. Industriedenkmal: Förderturm des Schachts XII der Zeche Zollverein. Photo/Foto: Stiftung Zollverein/Jochen Tack

Der Bergbau hat eine Vielzahl von Einrichtungen an der Tagesoberfläche hinterlassen wie Fördertürme, Gebäude, Maschinenhallen, Kokereien und Hochöfen, aber auch einzelne Maschinen und Geräte. In vielen Fällen sind diese Objekte Teil des industriellen Erbes. Gemeinden und Menschen wollen dieses Erbe für zukünftige Generationen bewahren, die Bergbau- und Industriestandorte aber auch nachnutzen. Die Erhaltung dieser Objekte erfordert materialorientierte Lösungen und eine maßgeschneiderte Materialhandhabung.

Die Materialwissenschaft kann eben diese Lösungen für den Erhalt der Industriekultur anbieten. Die Ansätze müssen jedoch weiterentwickelt werden – sowohl fall- als auch objektgruppenbezogen. So unterschiedlich die Objekte und Materialien auch sind, sie haben eins gemeinsam: Sie sind alt. Nur wenn die Alterungsprozesse der Materialien erforscht und verstanden sind, lässt sich der Zerfall verlangsamen oder das Objekt bestenfalls erhalten. Deshalb werden Methoden entwickelt, mit denen sich die Haltbarkeit von Materialien unter bestimmten Spannungsbedingungen abschätzen lässt. Darüber hinaus untersuchen die Forscher am FZN die Korrosionsprozesse, testen Konservierungsmittel an beschädigtem Material und analysieren, inwieweit es stabilisiert werden kann.

Der Niedergang der Schwerindustrie im Ruhrgebiet führte zu der Idee, stillgelegte Industriestandorte zur Wahrung der regionalen Identität zu erhalten. Einige Arbeitersiedlungen wurden zunächst beibehalten. Später erkannte eine Gruppe interessierter Bürger, Denkmalkuratoren und Politiker die historische Bedeutung ganzer Industriestandorte, von Fördertürmen und Produktionshallen. Sie gingen soweit, gar von „Industriekathedralen“ zu sprechen (6).

Ein Bergwerk kann jedoch nur dann erfolgreich erhalten und für neue Zwecke genutzt werden, wenn zwischen den betroffenen Akteuren ein Konsens herrscht. Eine sehr puristische Erhaltung eines Bergwerks, bei der nur der größte Teil des Objekts in seinem ursprünglichen Zustand erhalten wird, kann für die Denkmalschutzbehörden ein Erfolg sein. Bei Eigentümern und Investoren kann sie jedoch Desinteresse hervorrufen. Folglich stellen sie keine Gelder zur Verfügung, was die notwendige Wartung und Reparatur nahezu unmöglich macht. Das Überleben eines Bergwerks ohne eine neue kompatible Nutzung ist nur in sehr seltenen Fällen möglich. Werden dagegen die Benutzerinteressen bei der Wiederverwendung des Standorts berücksichtigt, könnte das jedoch zu einer Rekonstruktion führen, die nichts mehr mit dem ehemaligen Denkmal zu tun hat. In diesem Fall wären die Einzigartigkeit, das Bild und das Charisma des Objekts verschwunden. Eine Möglichkeit, wie Interessen der unterschiedlichen Stakeholder miteinander zu vereinbaren sind, zeigt das Beispiel „Route der Industriekultur“.

Dieses regionale Tourismusprojekt, eine ca. 400 km lange Rundstrecke um das Ruhrgebiet, ist ein Kernprojekt, um Besuchern das industrielle Erbe der Region zu erklären. 26 sogenannte Ankerpunkte bilden das Wegenetz, darunter sechs Museen für Technik- und Sozialgeschichte, viele Panoramapunkte und eine Reihe bedeutender Arbeitersiedlungen. Der Weg eröffnet den Zugang zu wichtigen Zeugen der 750-jährigen Industriegeschichte in der Region und zum Prozess des Strukturwandels, der hier seit mehreren Jahrzehnten stattfindet. Die Fabrikgelände – von denen viele unter Denkmalschutz stehen – sind keine Orte der Nostalgie und des Bedauerns. Sie haben sich seit langem in lebhafte Industriestandorte und attraktive Zentren für kulturelle und touristische Veranstaltungen verwandelt (7).

Aktuelle Versuche im Ruhrgebiet zeigen, dass ehemals unschöne Bergwerksstandorte erfolgreich in geschätzte und akzeptierte Objekte der Bergbaukultur überführt werden können. Ein wichtiger Faktor dabei ist, dass Maßnahmen gegenüber der Öffentlichkeit erklärt werden. Die Menschen wurden dazu eingeladen, sich dem langen Weg der Umwandlung industriell funktionierender Gebäude (mit Schweiß und Tränen) in identitätsbildende Objekte der Bergbaukultur (mit Freude und Vergnügen) anzuschließen. Ziel der Verantwortlichen war es, der Gesellschaft die soziale Bedeutung dieser Objekte zu erklären, denn Maßnahmen, die nur von bestimmten Experten ergriffen und nicht öffentlich diskutiert werden, werden nicht als sozial wertvoll akzeptiert (6).

Die Versuche der letzten 40 Jahre haben in der gesamten Region eine neue Atmosphäre geschaffen. Dass die Stadt Essen zusammen mit dem Ruhrgebiet Kulturhauptstadt Europas im Jahr 2010 wurde, war ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg in eine glänzende Zukunft nach dem Bergbau. 10,5 Mio. Besucher nahmen an den Veranstaltungen der Kulturhauptstadt teil (8).

Die Begeisterung der Einwohner und die steigende Anzahl ausländischer Touristen zeigen, dass die Industriekultur, insbesondere die Bergbaukultur, zu einem Aushängeschild der Region geworden ist. Im Jahr 2017 wurde die ehemalige Bergbaustadt Essen von der EU mit dem European Green Capital Award ausgezeichnet. Der zuständige EU-Kommissar Karmenu Vella wies darauf hin, dass Essen die Lehren aus seiner industriellen Vergangenheit genutzt habe, um den Weg in eine umweltverträgliche Zukunft zu gehen (9).

5  Reaktivierung und Transition

Die Stilllegung von Bergwerken wirkt sich auf die sozioökonomische Entwicklung ihrer Umgebung aus. Neue Arbeitsplätze müssen geschaffen, alte Standorte wiederverwendet und ein gerechter Übergang für die Region priorisiert werden. Das Ruhrgebiet hat diesen Übergangsprozess in den letzten drei Jahrzehnten erreicht und kann nun ein Leuchtturmprojekt für andere Regionen der Welt darstellen.

Im Forschungsbereich „Reaktivierung und Transition“ werden die Auswirkungen der Nachnutzung unter sozioökonomischen Gesichtspunkten untersucht und bewertet. Es werden regionale und internationale Wirtschaftserhebungen und Bewertungen verschiedener stillgelegter Bergbausektoren durchgeführt. Anhand von Fallstudien zu den Zusammenhängen zwischen Stilllegung, Nachbergbau und Strukturwandel werden Maßnahmen für die betroffenen Regionen geprüft. Der Fokus liegt dabei auf den ehemaligen Kohlebergbaugebieten und insbesondere auf dem Ruhrgebiet, den Treibern und Prozessen des Strukturwandels sowie den Erfolgsfaktoren der Struktur- und Regionalplanung. Wissenschaftler entwickeln ein lokales und regionales Wirtschaftsmonitoring und erstellen vergleichende Studien für ähnliche Transformationsprozesse in anderen Industriezweigen. Die Forscher im FZN analysieren das Markt- und Innovationspotential in Nachbergbaugebieten, indem sie u. a. sozioökonomische SWOT-Analysen durchführen. Diese Untersuchungen helfen Unternehmen insbesondere dabei, ihre Produkte und Kenntnisse im Bereich Nachbergbau und Reaktivierung weiterzuentwickeln und zu vermarkten.

Nachhaltige Transformation bedeutet, eine Bergbauregion dauerhaft aktiv zu entwickeln. Nach den Managementprinzipien Ziele definieren, Strategien und Pläne erstellen, Maßnahmen ergreifen (10) kann dies definiert werden als „die Summe oder Zusammensetzung aller verwandten / möglichen / geeigneten Philosophien, Visionen, Ideen, Ziele, Konzepte, Programme, Pläne, Möglichkeiten und Maßnahmen, um eine nachhaltige Entwicklung in städtischen und ländlichen Gebieten zu erreichen “ (11).

Nachhaltige Transformation kann als ein „wissensbasiertes Verfahren“ wahrgenommen werden (12). Es sollte auf langfristige Verbesserungen der wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Fähigkeiten der Region abzielen und die langfristigen Konsequenzen umfassen – Risiken und Chancen der heutigen Planung und des heutigen Handelns.

Technologien und Methoden zur Erfassung, Überwachung, Planung und Entwicklung einer Region sind verfügbar, sollten effizient eingesetzt und kontinuierlich verbessert werden. Das regionale Management geht weit über typische Sektoren wie Bergbau, Land- und Forstwirtschaft hinaus und umfasst Aspekte der Wassernutzung, der Erhaltung des Bodens, der biologischen Vielfalt, der regionalen Preisgestaltung, des Verhältnisses ländlicher und städtischer Siedlungen, der Lebensqualität.

Durch die Anpassung der Verfahren des Qualitätsmanagements kann eine schrittweise, aber stetige Verbesserung der aktuellen Nutzung erreicht werden. Ferner können negative Folgen einer früheren oder aktuellen Umweltbeeinträchtigung gemindert oder behoben werden, bevor sie eskalieren. Kontinuierliche Verbesserungen, die auf realistische Weise zu einer Transformationsstrategie beitragen, sind besser als große Pläne, die sich an utopischen Bildern der fernen Zukunft orientieren. Der frühere Bundesumweltminister und Leiter des Umweltprogramms der Vereinten Nationen, Klaus Töpfer, beschreibt die Vorteile einer bodenständigen Strategie: „Ganzheitliche Ansätze sind zum Scheitern verurteilt. Ich bin viel mehr daran interessiert, eine klare Richtung zu haben und dann diesen Weg zu gehen. Machen Sie kleine Schritte, nehmen Sie inkrementelle Änderungen vor und Sie werden sehen, dass sich die Welt viel schneller verändert als erwartet. Alle, die nach dem „Urknall“ fragen, fragen seit Jahren und vergessen zu handeln“ (13).

Warum ist eine nachhaltige Transformation für Bergbauregionen wichtig? Weil die Entscheidung, ein Bergwerk zu desinvestieren und zu schließen, möglicherweise nur ein einziges Treffen erfordert. Die Auswirkungen einer solchen Entscheidung in der Bergbauregion könnten jedoch eine Generation Zeit kosten. Es ist eine Frage des Risikomanagements, die Folgen einer Desinvestition in einer Region zu minimieren und die daraus resultierenden Potentiale zu nutzen.

Neue Arbeitsplätze zu schaffen, ist eine ständige Herausforderung in einer rückläufigen Bergbauregion. In den letzten Jahren hat sich die Energiewirtschaft in Deutschland grundlegend auf erneuerbare Energien umgestellt. Diese Änderung bot überraschende Möglichkeiten zur Erzeugung erneuerbarer Energien in den Nachbergbauregionen, sodass hier neue Arbeitsplätze und andere zukunftsorientierte Nutzungen für frühere Betriebsbereiche geschaffen werden konnten. Im Ruhrgebiet wurde eine Reihe von Anwendungen entwickelt, die bereits als Forschungsprojekte, Prototypen, Ideen und Visionen verwendet werden oder existieren, z. B.:

  • Photovoltaikanlagen auf Bergehalden: Neben ihrer Höhe haben Bergehalden einen weiteren Vorteil: Es gibt viele Freiflächen und kaum Schatten. Daher sind sie ideale Standorte für Photovoltaikanlagen. Ebenso können die großen Dächer ehemaliger Maschinenhallen genutzt werden (Bild 5.1).
  • Wärme aus dem Grubenwasser zur Wärmeversorgung von Gebäuden oder zur Beschleunigung der Biomasseproduktion bei der Energieerzeugung (Bild 5.2)
  • Windkraftanlagen auf Bergehalden: Die Bergehalden im Ruhrgebiet befinden sich häufig 80 bis 100 m oberhalb der Erdoberfläche. Daher weisen sie hohe Windgeschwindigkeiten auf, die einen wirtschaftlich vertretbaren Einsatz von Windkraftanlagen ermöglichen (Bild 5.3).
  • Energieerzeugung aus Methan, das aus Kohleflözen freigesetzt wird.
  • Produktion von Biomasse in ehemaligen Bergbaugebieten, insbesondere auf Halden.
  • Pumpspeicherkraftwerke nutzen Bergehalden und unterirdische Bergwerksstrukturen.
  • Erzeugung von Geothermie (14).

Fig. 5. Creating renewable energy – an opportunity of post-mining. 1) Photovoltaic plant on a mining dump; 2) Heat from mine water; 3) Wind turbine on a dump hill. (14) // Bild 5. Erneuerbare Energien schaffen – eine Chance des Nachbergbaus. 1) Photovoltaikanlage auf einer Bergehalde; 2) Wärme aus Grubenwasser; 3) Windkraftanlage auf einer Halde. (14)

Ein Beispiel, bei dem alle drei Nachhaltigkeitsziele – sozial, wirtschaftlich und ökologisch – durch die Umgestaltung eines Bergwerksgeländes erreicht wurden, ist das Kreativ.Quartier Lohberg im westlichen Ruhrgebiet (Bild 6).

Fig. 6. Kreativ.Quartier Lohberg. Overview. // Bild 6. Kreativ.Quartier Lohberg. Überblick. Photo/Foto: RAG/Dietmar Klingenburg

Dieses Entwicklungsprojekt zeigt die Umwandlung eines ehemaligen Bergwerksgeländes in den ersten CO2-neutralen Vorort Deutschlands. Ein wichtiges Merkmal dieses Standorts ist die Kombination aus moderner und denkmalgeschützter Architektur mit einer Energieversorgung, die vollständig aus erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik-anlagen, Wärme aus Grubenwasser, Biomasse, Windkraftanlagen und geothermischer Energie stammt (15).

6  Ausbildung des Nachbergbaus – die Basis für die Nachbergbau-Exzellenz

Nachbergbau-Exzellenz erfordert eine hohe Motivation sowie ein großes Maß an Fähigkeiten und Fertigkeiten. Ohne Schlüsselelemente wie Ideen und Visionen, Forschung und Entwicklung, Integration von Oberflächen- und Untergrunddaten sowie Risikomanagement wird der Nachbergbau ineffizient sein, auf kurzfristigem Denken oder im schlimmsten Fall auf Lippenbekenntnissen basieren.

Hohe Motivation erfordert ein Umdenken. Nachbergbau bedeutet nicht mehr nur, bestimmte Gefahren zu vermeiden, sondern muss als ein evolutionär nachhaltiger Prozess angesehen werden, der auf Risikomanagement und Chancennutzung basiert. Dieser Prozess sollte durch geeignete staatliche Vorschriften und Anreize gefördert werden – etwa durch die Unterstützung von Forschung und Entwicklung oder durch eine rentable Durchführung weiterer Leuchtturmprojekte. Die Umsetzung solch innovativer Projekte an alten Bergwerksstandorten ist oft ein Meilenstein für Bergbaugemeinden auf ihrem langen Weg in eine bessere Zukunft. Zur Verbesserung der Fähigkeiten und Fertigkeiten nutzt das FZN das bestehende Netzwerk von Unternehmen, Universitäten, Regierungsinstitutionen, Bergbaubehörden und Forschungseinrichtungen. Durch ihre Mitglieder kann der Transfer von Wissen und Technologien gefördert werden.

Um Nachbergbautechnologien und Managementfähigkeiten kompetent zu entwickeln, muss eine ausreichende Anzahl von Experten und Führungskräften auf diesem Gebiet qualifiziert sein. Aus diesem Grund bietet die THGA das einzigartige Masterstudium „Geoingenieurwesen und Nachbergbau“ an. Hier werden Fachkräfte ausgebildet, die in der Lage sind, diese Herausforderungen zu bewältigen (16).

Der Masterstudiengang ist weltweit das einzige Bildungsprogramm, welches sich explizit mit den dargestellten Themen befasst. Dabei kombiniert er wissenschaftliche und technische Qualifikationen. Ziel und Leitprinzip ist es, Ingenieure an der Schnittstelle von Bergbau, Markscheidewesen und Geoingenieurwesen innerhalb von vier Semestern auszubilden, welche die komplexen Prozesse der Bergwerksschließung, Sanierung und Nachsorge in verantwortungsvoller Position planen, ausführen und steuern. Um Theorie und Praxis miteinander zu verbinden, konzentriert sich das Programm auf Teilzeitstudierende, die abends an den Vorlesungen teilnehmen und tagsüber in einem Unternehmen arbeiten.

Die zukünftigen Nachbergbauexperten benötigen u. a. Kenntnisse und Fähigkeiten in den Bereichen Geologie, Hydrogeologie, Hydrochemie, Gesteinsmechanik und Geotechnologie, Bergbau sowie Sanierung von Bergwerksstandorten. Daneben beschäftigen sie sich mit sozioökonomischen Fragen, Recht, Unternehmensverwaltung, Management, Überwachungstechniken und Digitalisierung, aber auch mit Risswerken und Bodenbewegungen. Dabei spielt der aktuelle globale, wirtschaftliche, ökologische und soziale Kontext eine wichtige Rolle. Absolventen erkennen Herausforderungen und entwickeln mithilfe von technischen Verfahren und Modellierungswerkzeugen selbstständig Lösungen. Weltweit wird es notwendig sein, qualifizierte Ingenieure in ausreichender Anzahl für eine strukturierte Schließung und das Verlassen von Bergwerksstandorten einsetzen zu können (17).

7  Fazit

Das FZN ist ein kompetenter Partner für alle Bereiche des Nachbergbaus auf (inter-)nationaler Ebene, indem es die unterschiedlichen Fachkenntnisse, jeweiligen Kompetenzen und Fähigkeiten bündelt und integriert. Das vorhandene und ständig erweiterte Wissen wird weltweit verbreitet und zugänglich gemacht, da es für viele Bergbauregionen relevant ist. Zu diesem Zweck führt das FZN bereits Projekte sowie Schulungsprogramme für Bergbauunternehmen und Führungskräfte im Ausland durch.

References/Quellenverzeichnis

References/Quellenverzeichnis

(1) Rudolph, T.; Goerke-Mallet, P.; Melchers, C.; Müterthies, A. (2020, eingereicht): Nachbergbauliches Geomonitoring für die E&P-Industrie. – 1 S. (DGMK Frühjahrstagung 2020, Celle).

(2) Kretschmann, J. 2015: The Sustainable Development Strategy of the German Hard Coal Mining Industry. In: Proceedings of 7th Sustainable Development in the Minerals Industry Conference UBC (SDIMI). 7th Sustainable Development in the Minerals Industry Conference UBC. Vancouver, Canada, pp. 1 – 9.

(3) Garcia-Millan, V.; Müterthies, A.; Pakzad, K.; Teuwsen, S.; Benecke, N.; Zimmermann, C.; Kateloe, H.; Preuße, A.; Helle, K.; Knoth, C. (2014): GMES4Mining: GMES-based Geoservices for Mining to Support Prospection and Exploration and the Integrated Monitoring for Environmental Protection and Operational Security. In: BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte 02/2014; 159 (2), S. 66 – 73.

(4) Berg, B. v.; Schmachtenberger, F.; Gruchalla, B. v.; Wollnik, F.; Klaß, S.; Koschare, A.; Schnell, S.; Schliebs, J. (2019): Mineberry – remote monitoring of abandoned shaft openings. In: Proceedings of the 39th International Symposium “Application of Computers and Operations Research in the Mineral Industry (APCOM 2019)”, June 4 – 6, 2019, Wroclaw, Poland, S. 578 – 585, 9 Abb.

(5) Goerke-Mallet, P.; Melchers, C.; Müterthies, A. (2016): Innovative monitoring measures in the phase of post-mining. In: Drebenstedt, C.; Paul, M. (Eds.): Mining meets water – conflicts and solutions. Proceedings. IMWA 2016 in Leipzig, Germany, July 11 – 15, 2016. 2., überarbeitete und ergänzte Auflage. Freiberg: TU Bergakademie Freiberg, Institute of Mining and Special Civil Engineering, S. 570 – 577 (DVD-ROM).

(6) Kretschmann, J.; Brüggerhoff, S. (2016): Mining Heritage: Future-orientated Development of an Outstanding Value in Germany. In: Done for Good – Challenges of Post-Mining. Anthology by the Research Institute of Post-Mining. TH Georg Agricola University. Bochum. Eds. Kretschmann, J. and Melchers, C. (Veröffentlichungen aus dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum, 2016), pp. 54 – 55.

(7) Route Industriekultur 2020. www.route-industriekultur.ruhr (accessed 4 February 2020), in German.

(8) Rampton, J.; McAteer, N.; Mozuraityte, N.; Levai, M.; Akcali, S. (2011): Ex-Post Evaluation of 2010 European Capitals of Culture. Final report for the European Commission Directorate General for Education and Culture. https://ec.europa.eu/programmes/creative-europe/sites/creative-europe/files/files/capitals-culture-2010-report_en.pdf (accessed 4 February 2020).

(9) European Commission 2017: 2017 EGCA shortlist, retrieved from ec.europa.eu on https://ec.europa.eu/environment/europeangreencapital/applying-for-the-award/2017-egca-applicant-cities/ (accessed 7 February 2020).

(10) Kretschmann, J. (2014): Sustainable land management in
urban areas. The Ruhr Area as a role model. In: ‚естник Љузбасского государственного технического университета, 1, 2014, pp. 127 – 132.

(11) Magel, H. (2012): Sustainable land management – new challenge for surveyors and land experts. Keynote speech at the Conference Land management days in Turkey, 15.-17.11.2012 in Istanbul.
www.landentwicklung-muenchen.de/master/news/Istanbul/Magel_LM_Istanbul.pdf.

(12) World Bank, (2006): Sustainable Land Management. Challenges, Opportunities, and Trade-offs. Washington D.C.: World Bank Publications.

(13) Töpfer, K.(2011): Climate Governance. In: Volkswagen Stiftung/Stiftung Mercator (ed.): Our Common Future, conference summary report. Hamburg: G+J Corporate Editors, 2011, pp. 108 – 109.

(14) Kretschmann, J.; Hegemann, M. (2012): New chances from old shafts. Risk management in abandoned mine sites in Germany. In: Proceedings of the Annual Meeting of the Society for Mining, Metallurgy & Exploration, Seattle, Washington, USA. Red Hook, NY: Curran Associates, pp. 153 – 158.

(15) Steinkohle 2016: Kreativer Wandel (Creative Change). Steinkohle, 10/2016, S. 7 – 9, (in German).

(16) TH Georg Agricola (2019): Master Program: Geotechnical Engineering and Post-mining. https://www.thga.de/wissenschaftsbereiche/georessourcen-und-verfahrenstechnik/master-studium/geoingenieurwesen-und-nachbergbau/ (accessed December 15, 2019).

(17) Melchers, C.; Goerke-Mallet, P. (2016): Research Institute of Post-Mining. TH Georg Agricola University, Bochum/Germany – Strategies, Activities and Research Priorities. In: Done for Good – Challenges of Post-Mining. Anthology by the Research Institute of Post-Mining. TH Georg Agricola University. Bochum, Eds. Kretschmann, J. and Melchers, C. (Veröffentlichungen aus dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum, 212), pp. 11 – 18, in German.

(18) Research Institute for Post-Mining at the TH Georg Agricola University. https://fzn.thga.de (accessed October 30, 2019).

Author/Autor: Prof. Dr. Jürgen Kretschmann, Technische Hochschule Georg Agricola (THGA), Bochum/Germany
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