1 Einführung
1.1 Meeresbergbau und Tiefseeforschung
70 % der Erde sind mit Wasser bedeckt, unter dem sich im und auf dem Meeresboden vielfältige Lagerstätten verbergen (SPC, 2013). Bekannt sind etwa Lagerstätten, die ausgewaschene Diamanten, Phosphate oder Eisenerze enthalten können, welche sich in Sedimenten nahe der Küste abgelagert haben. Weiterhin sind auch in der Tiefsee relevante Mineralvorkommen entdeckt worden. Große Felder von Manganknollen (SMnN) in Wassertiefen von 3.500 bis 6.500 m sind bereits bekannt. Die ersten Versuche eines Abbaus von SMnN reichen zurück in die 1970er und 1980er Jahre, als in Zeiten hoher Rohstoffpreise Pilotprojekte inmitten des Pazifiks durchgeführt wurden. Neben SMnN sind auch Lagerstätten von Massivsulfiden (SMS) von Bedeutung. Auch wenn es noch keine Bergbauaktivitäten gibt, bereiten sich erste Behörden und Unternehmen auf den Tiefseebergbau (DSM) vor und tätigen nennenswerte Investitionen in Exploration, Forschung und Entwicklung von Technologien für die Suche, die Erschließung und den Abbau solcher Lagerstätten (Blue Nodules, 2019; ISA, 2017; JPI Oceans, 2019; Kim et al., 2013; NIOZ, 2019).
In den letzten Jahren haben vier EU-geförderte Projekte – Blue Mining, Blue Nodules, Midas, und ¡VAMOS! – die Erforschung von Meeresbergbau in Europa zu neuem Leben erweckt (Blue Mining, 2018; Blue Nodules, 2019; MIDAS, 2016; Vamos, 2018). Ziel ist wiederum Forschung und Entwicklung in Richtung nachhaltiger Technologien zur Erkundung, Erschließung und Gewinnung mineralischer Rohstoffe aus der Tiefsee. Sowohl die Offshore-Industrie als auch die Meeresforschung Europas verfügen über Know -how von globaler Bedeutung, wie es heute beispielsweise in der Öl- und Gasindustrie aber auch dem Dredging zum Einsatz kommt. Auch Deutschland spielt hier eine wichtige Rolle, besonders in der Erforschung der Meere, aber auch der Entwicklung von Abbau- und Aufbereitungstechnologien. Rd. 400.000 Arbeitsplätze und ein Umsatz von 50 Mrd. € belegen die wirtschaftliche Bedeutung des marinen Sektors in Deutschland (BMWi, 2019).
1.2 Das Projekt Blue Mining
Das im 7. Rahmenprogramm der EU geförderte Projekt “Break-through Solutions for the Sustainable Exploration and Extraction of Deep Sea Mineral Resources” (GA No. 604500) brachte von 2014 bis 2018 19 europäische Institutionen aus Industrie und Forschung zusammen. Die interdisziplinäre und internationale Zusammenarbeit sollte den Kenntnisstand vorantreiben und die technologische Reife von DSM weiter erhöhen. Es wurde ein breites Themenspektrum bearbeitet – von der Exploration über Fördertechnik bis hin zu Wirtschaftlichkeitsberechnungen. Signifikante Fortschritte wurden in Form von Computermodellen, neuen Explorationsmethoden sowie innovativen Technologien erzielt. Nie vorher bekannte geologische Daten wurden auf Forschungsfahrten auf dem Atlantik und dem Pazifik gesammelt. Im technischen Bereich konzentrierten sich Labor- und Feldversuche von einzigartigem Maßstab auf vertikale Transportsysteme (VTS). Entwickelte Computermodelle förderten hier zusätzlich das Verständnis von dynamischen Transportprozessen der zu hebenden Schlämme. Die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen wiederum legte den Schwerpunkt ihrer Arbeiten auf Lagerstättenmodellierung, Abbaukonzepte und Wirtschaftlichkeitsrechnungen. Basierend auf dreidimensionalen Modellen der Lagerstätten konnten Abbau- und ganze Projektpläne für zukünftige SMnN- und SMS-„Bergwerke“ entwickelt werden und anhand von Cashflow-Modellen sowie Marktstudien wirtschaftlich verifiziert werden. In einem finalen Schritt wurden alle Erkenntnisse in zwei prototypischen Machbarkeitsstudien zusammengefasst.
1.3 Ansatz dieses Artikels
Der vorliegende Artikel präsentiert Aspekte der wirtschaftlichen Bedeutung von DSM. Zwei Blickwinkel werden hierzu eingenommen – ein volkswirtschaftlicher aus Sicht der Märkte und Länder und ein betriebswirtschaftlicher aus Sicht potentieller Bergbau-Unternehmer. Entsprechend lassen sich zwei Forschungsfragen ableiten: Benötigen unsere Volkswirtschaften DSM und wie würden sie davon profitieren? Eröffnen sich durch DSM gewinnbringende Betätigungsfelder für Unternehmen?
Die nachfolgenden zwei Hauptkapitel basieren auf den Forschungsergebnissen der RWTH im Rahmen von Blue Mining, an dem die Institute für Rohstoffingenieurwesen (MRE) und Geologie (EMR) beteiligt waren. Die Studien bezogen sich hierbei immer auf die beiden Lagerstättentypen SMS und SMnN auf Meeresböden in internationalen Gewässern. Die Internationale Meeresbodenbehörde (ISA) der Vereinten Nationen beaufsichtigt diese Gebiete, welche zunehmend in das Interesse der Weltwirtschaft rücken.
2 Volkswirtschaftliche und strategische Bedeutung
Warum benötigen wir DSM? Diese Frage wurde auch den Teilnehmern des offenen Abschluss-Workshops von Blue Mining in Aachen gestellt. Eine Wortwolke (Bild 1) zeigt die häufigsten Antworten. Die strategische Bedeutung von DSM wird offensichtlich. Folgerichtig kann die gesellschaftliche bzw. volkswirtschaftliche Bedeutung von DSM eine ähnlich hohe Relevanz einnehmen wie die betriebswirtschaftliche Sicht der Bergbauunternehmen, wenn man die Machbarkeit und Sinnhaftigkeit von DSM evaluieren möchte.
Fig. 1. Experts’ view on the reasons for DSM. // Bild 1. Expertenmeinungen zur Bedeutung von Tiefseebergbau. Source/Quelle: Heinrich et al., 2017
2.1 Rohstoffbedarf
Der Zugang zu Rohstoffen ist essentiell für die Entwicklung von Industrien und Gesellschaften (Blue Mining, 2018). Die anwachsende Weltbevölkerung erhöht nicht nur die absolute Nachfrage nach Rohstoffen, sondern auch der Lebensstandard der Menschen erhöht sich stetig (Lusty & Gunn, 2015; United Nations, 2017). Zusätzlich steigern Technologietrends wie E-Mobilität auch die Diversität in der Nachfrage nach Rohstoffen, die von der Industrie und letztlich der Gesellschaft nachgefragt werden. Gleichzeitig erschöpfen sich viele der derzeit in Abbau stehenden Lagerstätten an Land und der Bergbau muss in immer größere Teufen vordringen und fördert dabei immer geringere Wertmineralanteile zutage (Lehnen, 2016). Dies hat steigende Abbaukosten aber auch größere Umweltherausforderungen zur Folge.
Die oben genannten Entwicklungen in der Rohstoffbranche haben zu zahlreichen Bergwerksschließungen in Europa geführt. Entsprechend haben sich Importabhängigkeiten und Versorgungsrisiken vergrößert. Die EU zieht hier vor allem zwei Indikatoren heran – wirtschaftliche Relevanz und Lieferrisiken – um „kritische Rohstoffe“ zu definieren. Die entsprechende Liste hat sich im Jahr 2017 gegenüber der von 2014 um neun Elemente verlängert. Außer Gummi sind alle dort aufgeführten Rohstoffe mineralischen Ursprungs. Auch die Importabhängigkeiten nicht-kritischer Rohstoffe haben sich weiter erhöht, und auch diese Rohstoffe sind von großer Bedeutung für die EU (Tabelle 1).
Table 1. European import dependencies and the potential for DSM. // Tabelle 1. Europäische Importabhängigkeiten und das abgeleitete Potential von Tiefseebergbau. Source/Quelle: European Commission, 2014
2.2 Rohstoffpotential der Tiefsee
Für die europäische Volkswirtschaft bietet der internationale Meeresboden die Chance, neue Rohstoffvorkommen zu erschließen. Die fettgedruckten Rohstoffe (Tabelle 1) wurden als Schlüsselmetalle innerhalb des Blue Mining-Projekts identifiziert. Außerdem können SMnN und SMS weitere Elemente (in Tabelle 1 unterstrichen) in wirtschaftlich relevanten Mengen enthalten. Basierend auf den in Blue Mining entwickelten Wirtschaftlichkeitsmodellen stellen Nickel, Kobalt, Kupfer und Mangan Schlüsselmetalle für SMnN dar, während Kupfer, Gold, Silber, Blei und Zink als Schlüsselelemente für SMS-Projekte gesehen werden können.
SMnN kommen auf vielen Ozeanböden vor, die bedeutendsten bekannten Vorkommen liegen im östlichen Pazifik, dem peruanischen Becken, dem zentralen Indischen Ozean und dem Penrhyn-Becken (Hein & Koschinsky, 2014). 81 % dieser Felder befinden sich in Gebieten, die von der ISA beaufsichtigt werden, 14 % in exklusiven Wirtschaftszonen der Anrainerstaaten (EEZ) und 5 % sind Teil der vermuteten Verlängerungen von Kontinentalschelfen (Petersen et al., 2016). Insgesamt nehmen diese Felder eine Fläche von etwa 38 Mio. km2 (Petersen et al., 2016) ein, von denen bislang nur 1.275.000 km2 exploriert wurden bzw. eine Explorationslizenz erhalten haben. In der bedeutsamen Clarion-Clipperton-Zone (CCZ) werden etwa 21 Mrd. t SMnN vermutet, die rd. 6 Mrd. t Mangan, 278 Mio. t Nickel, 42 Mio. t Kobalt und 224 Mio. t Kupfer enthalten (Hein & Koschinsky, 2014; ISA, 2010).
SMS-Lagerstätten haben sich in der Tiefsee am mittelozeanischen Rücken, am Backarc-Becken sowie an unterseeischen Vulkanbögen gebildet (Hannington et al., 2010). Sie werden als rezente Analogien von alten vulkanogenen Massivsulfiden (VMS) angesehen, die bekannte Lagerstätten an Land darstellen und einen signifikanten Teil unserer heutigen Metallerze liefern (Monecke et al., 2016). Die geschätzt 1.000 Lagerstätten in den neovulkanischen Zonen variieren in ihren Inhalten zwischen 100 t und 10 Mio. t. Dabei bedecken 600 Mio. t eine Fläche von 3,2 Mio. km2 (Hannington et al., 2010; Petersen et al., 2016). Sie enthalten im Mittel 3 Gew.- % Kupfer, 9 Gew.- % Zink, 2 ppm Gold und 100 ppm Silber (Petersen et al., 2016). Lagerstätten in erloschenen Zonen, die deutlich abseits der bekannten Achsen liegen können, sind bedeckt von Sedimenten und entsprechend schwieriger zu detektieren. Es ist daher noch völlig unklar, wie viele weitere Lagerstätten existieren und in welchem Zustand sie sich befinden (Monecke et al., 2016; Petersen et al., 2016). Aufgrund der schwierigen Bedingungen für Exploration in der Tiefsee wurden bislang nur wenige Lagerstätten – TAG, Middle Valley, Solwara 1 und Snakepit – mit Bohrungen erkundet. Daher sind nach internationalen Standards klassifizierte SMS-Ressourcen noch äußerst selten. Etwa 3,2 Mio. km2 könnten entsprechend wirtschaftliche Lagerstätten beinhalten, von denen sich 58 % in ISA-Gebieten, 36 % in EEZ und weitere 6 % in Verlängerungen von Kontinentalschelfen befinden (Petersen et al., 2016). Nur 60.000 km2 sind derzeit mit ISA-Lizenzen versehen.
Da es weder wirtschaftlich noch technisch machbare Technologien bzw. Referenzprojekte gibt und auch noch keine Berggesetzgebung vorliegt, können bislang keine der DSM-Lagerstätten als Reserven klassifiziert werden. Dies gilt sowohl für SMS als auch für SMnN. Die in Blue Mining entwickelten Abbaukonzepte können aber zu einer zukünftigen Klassifizierungssystematik genutzt werden und beispielsweise schon jetzt „potentielle Reserven“ abschätzen (Volkmann & Lehnen, 2017).
2.3 Mögliche Förderung eines Tiefsee-Bergwerks
Obwohl SMnN auch kritische Elemente wie Seltene Erden, Tellur oder Gallium enthalten (Hein et al., 2013), die von strategischer Bedeutung für die EU sind (European Commission, 2017), fokussieren sich die meisten Studien auf die Gewinnung von Nickel, Kobalt, Kupfer und teilweise auch Mangan (Pophanken et al., 2013). Gerade Extraktion und Absatz von Mangan könnten der Schlüssel zu einer wirtschaftlichen Verwertung von SMnN sein (Volkmann et al., 2019). Die Metallproduktion eines einzigen DSM-Projekts könnte bereits signifikant die Importabhängigkeit einer ganzen Industrienation wie Deutschland (Tabelle 2) reduzieren. In der Zukunft wird der Bedarf an den genannten Hochtechnologierohstoffen noch weiter steigen, etwa zur Produktion von Batteriezellen (Marscheider-Weidemann et al., 2016).
Table 2. Potential metal production of a SMnN mine using Blue Mining technology (1 to 2 Mt dry SMnN/a; averaged values). // Tabelle 2. Mögliche Jahresförderung eines Tiefseebergbauprojekts auf Manganknollen basierend auf dem Blue Mining Konzept (1 bis 2 Mio. t/a Knollen trockene Förderung; gemittelte Werte; Zahlen in englischer Schreibweise). Source/Quelle: (Volkmann, 2018; Volkmann et al., 2019)
Im Gegensatz zu SMnN sind für SMS bereits Aufbereitungstechnologien des VMS-Bergbaus an Land verfügbar. Die wirtschaftlich relevantesten Metalle sind wiederum Kupfer, Gold, Silber, Blei und Zink. Allerdings ist hier die Fördermenge eines einzelnen DSM-Projekts nichtig, etwa im Vergleich zu den großen Kupfertagebauen an Land. Ein SMS-Projekt könnte jährlich etwa 5.000 t Kupfer, 400 kg Gold, 2 t Silber, 70 t Blei und 390 t Zink fördern. Allerdings würden nachhaltig wirtschaftende Förderländer nicht nur vom Rohstoffzugang, sondern auch von Steuereinnahmen, Förderzinsen und anderen Wirtschaftseffekten profitieren.
Neben solchen Förderzahlen wurden in Blue Mining auch weitere Förderkennzahlen für DSM-Projekte entwickelt. Mit ihrer Hilfe können zukünftige Bergbauvorhaben kalkuliert werden, z. B. im Rahmen von Machbarkeitsstudien und Bergbauplanung. Lagerstättennutzung, Abbaudauer oder auch die Inanspruchnahme von Meeresbodenflächen können abgeschätzt werden. Eine typische Projektdauer von 20 Jahren würde beispielsweise einer Abbaufläche der Größe Luxemburgs (rd. 3.000 km2) entsprechen. Dies hätte wiederum einen Anteil von etwa 5 % am östlichen deutschen Lizenzgebiet E1 (Volkmann & Lehnen, 2017). SMS-Bergbau benötigt wesentlich geringere Flächen. 40 Mio. t, die in 20 Projektjahren abgebaut würden, entstammten nur etwa 3,8 km2 Meeresboden.
3 Machbarkeit eines Bergbauprojektes in der Tiefsee
Um eine Rohstoffversorgung aus der Tiefsee zu realisieren, benötigen Bergbauunternehmen wirtschaftlich machbare Konzepte, um in Technik und Erschließung zu investieren. Wie im herkömmlichen Bergbau auch ist ein tiefes Verständnis der Lagerstätte entscheidend, um eine effiziente Abbauplanung vornehmen zu können. Sind entsprechende Bergwerks- und Abbaupläne erstellt, können auf dieser Grundlage Kostenkalkulationen und Wirtschaftlichkeitsrechnungen vorgenommen werden.
3.1 Lagerstättenmodelle
Für SMnN wurde im Projekt Blue Mining anhand von bathymetrischen Daten sowie Kastengreiferergebnissen aus dem deutschen Lizenzgebiet in der CCZ ein Lagerstättenmodell erstellt. 55 Kastengreiferproben aus einem Gebiet von 255 km2 wurden ausgewertet. Für die Interpolation wurde herkömmliches Kriging angewendet und anschließend eine Ressourcenabschätzung vorgenommen. Die Kartografie des Meeresbodens wurde in mehreren Forschungsfahrten, z. B. mithilfe von Echoloten, durchgeführt (Rühlemann et al., 2009). Gebiete mit einem Gefälle von mehr als 3° wurden von der Massenberechnung ausgeschlossen, da diese nicht für einen technisch machbaren Abbau infrage kommen (Rahn, 2016).
Für SMS haben neue Forschungsfahrten innerhalb von Blue Mining geophysikalische Daten mehrerer erloschener Vorkommen im TAG-Gebiet des Mittelatlantischen Rückens (26° N) erfasst und zu neuen geologischen Auswertungen geführt. Strukturen unterhalb des Meeresbodens, lithologische Grenzen und Volumenbetrachtungen erlauben eine Abschätzung der Erzgehalte solcher SMS-Lagerstätten. Das von der RWTH erstellte Lagerstättenmodell “Virtual Blue” besteht aus 30 Einzellagerstätten mit jeweils 0,3 bis 5,4 Mio. t Inhalt und einem Gesamtlagerstätteninhalt von 40 Mio. t. Entlang des Mittelatlantischen Rückens liegen die Einzellagerstätten in bis zu 12,5 km Abstand zu einer gedachten zentralen Achse. 142 Bohrlöcher, die wiederum aus dem Projekt Solwara 1 des Unternehmens Nautilus Minerals in der Bismarck-See stammen, dienten als Grundlage für das Lagerstättenmodell. Die Metallgehalte dieses Backarc-Systems wurden angepasst an ein System, wie es typisch für den Mittelatlantischen Rücken ist. Anschließend konnten mithilfe von herkömmlichem Kriging die Metallgehalte zwischen den Bohrlöchern interpoliert werden. Insgesamt wurde so ein Blockmodell generiert, um die Mengenberechnungen für die Gesamtlagerstätte durchführen zu können (Rahn, 2016).
Solche Lagerstättenmodelle versorgen Bergbauingenieure mit für die Bergbauplanung nötigen Informationen, so etwa Bathymetrie, Gehalte und Belegungsdichten (von SMnN). Bergbauplanung kann den gesamten Lebenszyklus eines Projekts umfassen, von der Exploration über die Maschineneinsatzplanung und von der Finanzierung bis hin zur Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Blue Mining hat eine ganze Bandbreite an Hilfsmitteln entwickelt, die sowohl von der Industrie aber auch von den Behörden genutzt werden können, um Abbau in der Tiefsee planen oder vorempfinden zu können (Volkmann et al., 2018a; Volkmann & Lehnen, 2017). So entstehen aus Lagerstättenmodellen “ökonomische Karten” des Meeresbodens.
3.2 Möglicher Feldeszuschnitt
Für die verschiedenen Arbeitspakete von Blue Mining wurde eine Reihe von Bezugsgrößen („Terms of Reference”; Tabelle 3) festgelegt. Sie basieren auf Annahmen und Schätzungen der verschiedenen technischen Partner des Konsortiums. Im Anschluss wurden diese Annahmen über die entstandenen Modelle auf Sinnhaftigkeit geprüft.
Table 3. Blue Mining’s Terms of Reference. // Tabelle 3. Annahmen des Projekts Blue Mining (Zahlen in englischer Schreibweise).
Es gibt bislang keine einheitliche Terminologie für die Bergbauplanung in der Tiefsee. Im Projekt Blue Mining wurden eine Reihe von Fachbegriffen des SMnN-Abbaus in englischer Sprache definiert (Bild 2) (Volkmann & Lehnen, 2017).
Fig. 2. Concept of a mine design for SMnN. // Bild 2. Abbaukonzept für Manganknollen. Source/Quelle: Volkmann & Lehnen, 2017
Der Grubenriss – mine plan – kann als eine Karte gesehen werden, welche alle Informationen bereithält, die für die Errichtung eines Abbaubetriebs nötig sind. So bietet er beispielsweise Informationen bezüglich der Geologie des Meeresbodens wie Belegungsdichte und Metallgehalte und auch bathymetrische Informationen wie Neigungswinkel. Neben geologischen Informationen aus der Exploration werden auch Abbaugebiete – mine sites –, Abbaufelder – mining fields – und Abbaurouten eingetragen. Ein Lizenzgebiet kann dabei mehrere Abbaugebiete enthalten, in denen wiederum Bergbau für mehrere Jahre betrieben werden kann. Ein Abbaufeld ist entsprechend die nächstkleinere Einheit im Abbaugebiet. Das Feld wird wiederum in einzelne Streifen – strips – eingeteilt, welche die Route des Abbaugeräts (SMT) beschreiben. Blue Mining hat sich beim Abbaukonzept auch von der hochtechnisierten Agrarindustrie inspirieren lassen, wo ebenfalls mit Streifenabbau durch Erntemaschinen geplant wird (Hunt & Wilson, 2015; Volkmann & Lehnen, 2017).
Das Unterstützungsschiff (MSV) folgt den ein bis zwei SMT, welche wiederum auf vordefinierten Routen autonom die SMnN vom Meeresboden aufsammeln. Etwa 60 bis 100 Fußballfelder werden so jährlich an rd. 250 Tagen abgeerntet, um eine Förderung von 1,5 bis 2 Mio. t SMnN zu realisieren. Autonome oder ferngesteuerte Begleitsonden (AUVs/ ROVs) unterstützen den Abbau beispielsweise mit dem Einsatz von Scannern zur Nahfelderkundung. Die gewonnen Informationen, z. B. Belegungsdichte, Hindernisse und weitere bathymetrische Daten, werden online verarbeitet und ermöglichen ein Update der Abbaurouten in Echtzeit. Die SMnN werden an Bord das MSV gehoben, wo sie entwässert, zwischengelagert und dann auf Transportschiffe in Richtung Aufbereitungsanlagen auf dem Festland verladen werden (Bild 3). Wasser und feine Sedimentpartikel aus dem Entwässerungsprozess werden zurück in die Nähe des Meeresbodens gepumpt, was die Schwadenbildung in höher liegenden Wasserschichten vermeidet.
Fig. 3. The Blue Mining SMnN concept. // Bild 3. Das Blue Mining Konzept zur Gewinnung von Manganknollen.
Blue Mining hat auch die Entwicklung von Bergbauplanungstools für SMnN vorangetrieben. Computergestützte GIS-Programme bieten eine Vielzahl von Werkzeugen für die Raumplanung. Hier wurden „Neighbourhood Filter“ entwickelt, um Areale des Meeresbodens zu identifizieren, die für einen Abbau die besten Voraussetzungen bieten (Volkmann & Lehnen, 2017). Durch rechnergestützte Bildanalysen wurden Abbaufelder mit abbauwürdigen Anteilen von 90 % identifiziert (Neigungen wiederum ≤ 3° und Belegungsdichten ≥ 10 kg/m2) und in ein streifenförmiges Abbauschema gelegt. Jedes dieser identifizierten Felder könnte, abhängig von technischen und geologischen Bedingungen, mehrere Wochen bis Monate an kontinuierlicher Ernte ermöglichen.
Für die Bergbauplanung von SMS wurde das Konzept der Nautilus Minerals (Jankowski et al., 2010) als Referenz genutzt. Das Abbausystem umfasst einen „Auxiliary Miner” (AUX), einen „Bulk Cutter“ (BC) und eine „Gathering Machine“ (GM). Alle Maschinen werden vom MSV aus ferngesteuert. Das MSV ist über der Lagerstätte positioniert und verbleibt dort während des Abbaus. Der vollständige Verhieb der Lagerstätte erfolgt von oben nach unten. Zunächst wird die obere Sedimentschicht vom AUX gelöst und von der GM aufgenommen und abtransportiert. Für Blue Mining wurde unterstellt, dass bereits diese oberste Schicht zur Lagerstätte gehören und entsprechend Wertmineral enthalten kann. Das Erz wird zum MSV gefördert, während wertloser Abraum außerhalb des Abbaus abgelagert wird. Nachdem der Hauptlagerstättenkörper freigelegt wurde, bereitet der AUX die erste Strosse vor, indem er die Oberfläche weiter einebnet. Der BC übernimmt dann den eigentlichen Abbau. Über 1,3 Mio. t können so in 3.300 h/a gewonnen werden. Es gibt auch bereits erste Ansätze zur Berechnung der maximalen bzw. optimalen Grubengröße. Hierzu müssen aber noch weitere Parameter wie kritische Neigungswinkel untersucht werden.
3.3 Wirtschaftlichkeit
Um Wirtschaftlichkeitsindikatoren wie Kapitalwert (NPV) und internen Zinsfuß (IRR) bestimmen zu können, wurden sowohl für ein SMnN- als auch für ein SMS-Projekt detaillierte Discounted Cashflow-Modelle aufgestellt. Anschließend wurden Szenarien auf optimistische („Good Case“ G), neutrale („Average Case“ A) und pessimistische („Poor Case“ P) Markt- und Kostenentwicklungen hin analysiert (GAP-Analyse). Als weitere Indikatoren können so auch erforderliche Minimalpreise für Metalle – im Fall von SMS – oder kritische Verkaufswerte von SMnN abgeleitet werden, die für einen wirtschaftlichen Abbau erforderlich wären. Sie können mit aktuellen sowie prognostizierten Rohstoffpreisen abgeglichen werden. Hierzu enthalten die Modelle auch viele modifizierbare technische Einflussgrößen wie Förderkapazitäten, Verdünnung oder Ausbringen. Auf der Kostenseite fließen Investitionskosten (CAPEX), laufende Kosten (OPEX) und auch externe Aufbereitungs- und Verhüttungskosten (TC/RC) ein. Weiterhin nehmen Metallpreise, Förderzinsen, Steuern und Abschreibungen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeitsmodellierung. Aus den geologischen Modellen fließen wiederum Parameter wie Gehalte und Belegungsdichten ein (Volkmann, 2018). Alle monetären Größen sind hier in US-Dollar für das Jahr 2015 bewertet.
Für SMnN basieren die wirtschaftlichen Kennzahlen wie NPV und IRR auf Annahmen und Schätzungen des Blue Mining Ansatzes (Tabellen 3, 4). Das Investitionsvolumen beträgt insgesamt rd. 1,4 Mrd. US-$, während die OPEX zwischen 200 und 340 US-$ je Tonne trockener Förderung (dmt) liegen. Aufgrund der hohen Risiken eines solchen Pioniervorhabens wurden die Kalkulationszinsen mit 15 bis 25 % angesetzt. Für Blue Mining kann so festgehalten werden, dass unter neutralen und optimistischen Annahmen der SMnN-Abbau wirtschaftlich wäre, vorausgesetzt, es können alle vier Schlüsselmetalle (Nickel, Kobalt, Kupfer und Ferro-Mangan; Szenario „4M“, vgl. Tabelle 4) aufbereitet und vertrieben werden. Es lassen sich die folgenden minimalen Verkaufswerte für SMnN ableiten: 400 US-$/dmt im optimistischen Fall (4M), 550 US-$/dmt im neutralen Fall (4M), 430 US-$/dmt im neutralen Fall ohne Absatz von Ferromangan (3M) und 815 US-$/dmt bei pessimistischen Annahmen (4M). Pessimistische Annahmen oder auch 3M wären folglich nur wirtschaftlich bei hohen Marktpreisen, wie sie beispielsweise im Jahr 2008 vorlagen. Durchgeführte Sensitivitätsanalysen für diese Betrachtungen erlauben außerdem die Feststellungen, dass die Metallpreise für Nickel und Ferro-Mangan, die TC/RC und die jährlichen Förderraten als für die Wirtschaftlichkeit besonders erfolgskritische Parameter im SMnN-Bergbau angesehen werden können.
Table 4. Economic assessment of SMnN mining scenarios. // Tabelle 4. Ökonomische Evaluierung des Manganknollenabbau-konzepts von Blue Mining (Zahlen in englischer Schreibweise). Source/Quelle: (Volkmann, 2018; Volkmann et al., 2019)
Es gibt erste Ansätze, den Meeresboden entsprechend seiner Rentabilität zu bewerten (UNOET, 1979; Volkmann & Lehnen, 2017), wobei sich ältere Studien vor allem auf geologische Faktoren wie Neigungswinkel, Belegungsdichten und Gehalte konzentriert haben (Knobloch et al., 2017; Mucha & Wasilewska-Blaszczyk, 2013; Volkmann & Lehnen, 2017). Ein weiteres Ergebnis von Blue Mining ist in diesem Zusammenhang die Entwicklung eines graphischen Planungstools („Nomogramm“, Bild 4) sowie einer Lagerstättenbewertungsmethode für den flächenhaften Abbau von SMnN. Beide Lösungsansätze können von Industrie, Behörden und Forschung für die technische und wirtschaftliche Auslegung von Abbausystemen und -plänen genutzt werden (Volkmann et al., 2018a). Auch Umweltauswirkungen von DSM können so besser abgeschätzt werden. Das hier beispielhaft dargestellte Nomogramm (Bild 4) muss in Relation zu den spezifischen Blue Mining Vorgaben gesehen werden (Volkmann et al., 2018a). Es wurde angewendet auf generierte Karten des Meeresbodens in der E1, um Gebiete, die potentiell von wirtschaftlichem Interesse sein könnten, einzugrenzen. In einem nächsten Anwendungsschritt müssten größere Datensätze analysiert werden, um die Methoden weiter zu verbessern. Vorstellbar ist hier die Implementierung in eine Planungssoftware.
Fig. 4. Nomogram of the good case scenario (red rectangle) allowing to assess several parameters of one project. // Bild 4. Nomogramm des Good-Case-Szenarios (rot) zur Evaluierung verschiedener Parameter eines Projekts. Source/Quelle: Volkmann et al., 2018a
Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für SMS basierte auf den Abbaukonzepten von Nautilus Minerals, die wiederum an die Rahmenbedingungen von Blue Mining (vgl. Tabelle 2) angepasst wurden. Bei einem Zinssatz von 10 % erzielt das Projekt einen NPV von 690 Mio. US-$ mit einem IRR von 22 % und einer Rendite von 156 %. Die CAPEX liegen bei etwa 700 Mio. US-$ und es werden OPEX von ca. 100 Mio. US-$ erwartet. Für die Gewinnung (ohne Aufbereitung) liegen die laufenden Kosten bei etwa 40 US-$/t. Die Sensitivitätsanalyse sieht hier vor allem den Kupferpreis und die unterstellten Zinssätze als erfolgskritisch für die Wirtschaftlichkeit eines SMS-Projekts an. Kupfer hat entsprechend den größten Wert in der Rohförderung, gefolgt von Gold. Kupfer trägt unter durchschnittlichen Rahmenbedingungen mit 70 % oder 454 Mio. US-$ zu den Einnahmen bei. Der Break Even für die Marktpreise der beiden Schlüsselmetalle liegt bei 800 US-$/oz Gold und 0,7 US-$/lb Kupfer (zeitgleich). Somit liegt der Break Even unterhalb der derzeit vorhergesagten Preisentwicklungen.
Blue Mining leitet mit diesen Betrachtungen grundsätzlich ein hohes wirtschaftliches Potential sowohl für SMnN- als auch für SMS-Bergbau ab. Beide Arten von DSM-Projekten werden als technisch und wirtschaftlich machbar angesehen. Trotzdem muss natürlich die Genauigkeit der vielen Annahmen weiter erhöht werden, sowohl durch Pilotversuche als auch durch die Weiterentwicklung der zur Verfügung stehenden Planungsansätze. Weiterer Forschungsbedarf ist z. B. in der Gewinnbarkeit von weiteren Wertmineralen wie Seltenen Erden zu sehen, welche die wirtschaftliche Bedeutung von DSM angesichts der Relevanz dieser Metalle für Zukunftstechnologien weiter erhöhen können. Dennoch wird sich DSM natürlich auch weiterhin mit dem konventionellen Bergbau an Land messen müssen. Weitere Treiber in Richtung neuartigen Bergbaus wie DSM werden aber erstens in der Erschöpfung bekannter Reserven, zweitens in steigenden Kosten für die Entwicklung herkömmlicher Lagerstätten und drittens in der Versorgungssicherheit bzw. den steigenden Importabhängigkeiten liegen (Rahn et al., 2019).
4 Zusammenfassung
Das europäische Forschungsprojekt Blue Mining hat den Stand von Wissenschaft und Technik im DSM weitergetrieben in Richtung konkreter Machbarkeitsstudien. Es wurden innovative Explorationsmethoden auf modernen Forschungsfahrten angewendet. Digitale Lagerstättenmodelle haben die so gewonnenen Datensätze weiterverarbeitet und ermöglichten die Entwicklung von Abbau- und ganzen Projektplänen bis hin zu Wirtschaftlichkeitsrechnungen. In diesem Zuge hat die RWTH auch wichtige Schlüsselbegriffe definiert, die in der Bergbauplanung und der Ressourcendefinition von Investoren und Behörden Anwendung finden können. Die entwickelten Methoden erlauben Wirtschaftlichkeitsrechnungen für zukünftige DSM-Projekte und unterstützen die tatsächliche Bergbauplanung von Unternehmern wie auch die Raumplanung von Institutionen wie der ISA.
Die vorliegende Studie sieht eine positive Wirtschaftlichkeit von Bergbau auf SMS. Die hohen Metallgehalte und das fehlende Deckgebirge können hier DSM auf dem Weltbergbaumarkt konkurrenzfähig machen. Wenn es gelingt, die derzeitigen Konzepte hin zu größeren Fördermengen hochzuskalieren, kann SMS-Abbau lukrativ für Investoren und Bergbauunternehmen sein, trotz hoher OPEX-Kosten.
Auch SMnN zeigen ein hohes wirtschaftliches Potential, sofern Abbau, Aufbereitung (Friedmann et al., 2017) und Vermarktung von allen vier Schlüsselmetallen (Ni, Cu, Co und Mn) gelingt. Mit dem Vertrieb auch von Mangan legt die Studie auch unter moderaten Kosten- und Preisniveaus einen wirtschaftlichen Bergbau nahe. Daneben kann vor allem SMnN auch eine volkswirtschaftliche Rolle für importabhängige Länder zugutekommen. So könnte beispielsweise schon ein einziges großes DSM-Projekt den gesamten Kobaltbedarf Deutschlands decken. Zusammengefasst kann DSM also deutlich die Versorgungssicherheit von strategisch bedeutsamen Rohstoffen für die EU verbessern.
Danksagung
Das diesem Artikel zugrundeliegende Projekt Blue Mining wurde von der Europäischen Kommission im 7. Rahmenprogramm gefördert (GA No. 604500).
Quellenverzeichnis
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