Interview mit Professorin Elisabeth Clausen

 

Bergbau und Umweltschutz

  Professorin Elisabeth Clausen Urheberrecht: © Martin Braun Professorin Elisabeth Clausen

Dunkel, schmutzig, staubig und gefährlich – Entspricht das noch dem heutigen Image und vor allem dem tatsächlichen Stand des Bergbaus? Und wie steht der Bergbau zum Klimaschutz – kann er überhaupt einen aktiven Beitrag dazu leisten? Um die Antwort gleich vorweg zu nehmen: Ja, das kann er. Dazu ist bislang nur nicht allzu viel in der breiten Öffentlichkeit bekannt.

Wir haben uns ausführlich mit Professorin Elisabeth Clausen unterhalten. Sie ist Leiterin des Institute for Advanced Mining Technologies der RWTH, kurz AMT, und damit bundesweit die erste Frau, die ein Institut im Bereich der Rohstoffgewinnung leitet.

 

Bergbau und Umweltschutz gehen nicht zusammen: Begegnen Sie diesem Vorurteil noch?

Auf jeden Fall. Der Ruf, dass der Bergbau dark, dirty, dusty, dangerous und letztlich eine „old economy“ ist, ist noch immer sehr weit verbreitet. Ehrlicherweise muss man ja auch sagen, dass dieser Eindruck nicht ganz unbegründet ist – Rohstoffgewinnung geht immer mit einem Eingriff in die Natur einher, und der Bergbau hat vielerorts große Zerstörung hinterlassen. Hinzu kommt, dass vielen nicht bewusst ist, dass die Transformation von Gesellschaft und Wirtschaft nur durch einen intensiven Bergbau auf die erforderlichen Rohstoffe realisiert werden kann.
In den letzten zwanzig Jahren hat sich allerdings sehr viel getan und der Bergbau ist vielerorts, und gerade in Europa, viel besser als sein Ruf. Unabhängig davon war und ist der Bergbau stets eine innovative Branche gewesen.

Der Bergbau hat es jedoch noch nicht geschafft, sich als Branche neu zu positionieren, als Wertschöpfer gesellschaftlichen Wohlstands, als Grundlage für Technologie und Klimaschutz und als sozial und umweltverantwortliche Branche, die vielleicht sogar vielmehr die Aufgabe annimmt, die Umwelt zu schützen und Vorreiter bei Umwelttechnologien zu werden. Da müssen wir hinkommen, damit das Vorurteil abgebaut werden kann und letztlich auch die Rohstoffe, die wir tagtäglich benötigen sicher und nachhaltig zur Verfügung gestellt werden können. Technologisch, aber auch in Bezug auf die öffentliche Wahrnehmung. Das ist ganz entscheidend.

Bergbau und Umwelttechnologien: Was ist hier Status quo?

Die drei großen technologischen Trends - Automatisierung, Digitalisierung und Elektrifizierung - haben alle das Potenzial, Umwelteinwirkungen zu vermindern. Hier einige Beispiele:

Durch eine zunehmende Automatisierung und Digitalisierung von Maschinen und Anlagen können Prozesse besser gesteuert werden und so der Ressourceneinsatz, insbesondere Energie und Wasser, verringert beziehungsweise effizienter gestaltet werden. Zudem lassen sich zum Beispiel Gefahren oder austretende Emissionen frühzeitig detektieren, sodass man ihnen entgegenwirken kann.

Durch eine zielgerichtete Materialcharakterisierung während der Gewinnung kann der Abbau besser der Lagerstätte folgen, einen selektiven Abbau realisieren und letztlich die Ausbringung aus einer Lagerstätte erhöhen, was wiederum zu einer Schonung von Reserven führt.

Die Elektrifizierung und (unmittelbare) Kopplung mit (lokalen) erneuerbaren Energien für die energieintensiven Betriebe der Rohstoffgewinnung haben einen direkten Einfluss auf die CO2- Emissionen und damit auf die Umweltperformance.

Beim Bioleaching werden spezielle Mikroorganismen eingesetzt, um aus Erzen Wertmetalle durch Laugung zu gewinnen. Beispielsweise wird dies in der Aufbereitung von Kupfer eingesetzt, wo Bakterien in einem biochemischen Prozess das Kupfer vom übrigen Gestein trennen; dies wird in Südafrika, Brasilien und Australien eingesetzt, und ein guter Anteil des weltweiten Kupfers wird bereits so gewonnen.

Dann gibt es Projekte, wie beispielsweise recomine im Erzgebirge, die sich explizit mit Möglichkeiten der Haldenaufbereitung befassen und Technologien entwickeln, um Halden in ökonomisch verwertbare Wertstoffdepots zu verwandeln.

Viele der genannten Ansätze sind Gegenstand aktueller Forschung und Entwicklung.

Wie wird sich der Bergbau in Zukunft entwickeln, was ist hier vielleicht schon absehbar?

Der Bergbau wird immer selektiver und flexibler werden, das heißt wir werden uns in Zukunft eher von großen Anlagen und Maschinen wegbewegen in Richtung kleinerer, flexibler modularer Anlagen, wo auch Mikroroboter zum Einsatz kommen könnten, die die Rohstoffe direkt und minimal invasiv gewinnen ohne große Einwirkungen an der Tagesoberfläche zu hinterlassen.

Wir werden langfristig ohnehin eher von den großen Tagebauen wegkommen – der Trend geht vielmehr zu untertägigen Anlagen, die elektrisch und autonom funktionieren und wo kaum noch Menschen sein werden, sondern diese von der Oberfläche aus beispielsweise mittels Joysticks gesteuert und überwacht werden. Alles wird mit Sensoren ausgestattet und über 5G oder dezentrale Kommunikationslösungen verbunden und als Teil des IIoT vernetzt sein, sodass wir zu jeder Zeit wissen, wo welches Equipment sich befindet, in welchem Zustand es ist und wo wann wie viel Gestein abgebaut wird, welche Gehalte an Wertmaterial darin enthalten sind und auch alle anderen (prozess-)relevanten Parameter. All das werden wir in Echtzeit wissen und bei Abweichungen sehr schnell eingreifen können.

Bis 2050 soll Deutschland klimaneutral werden. Damit das gelingt, brauchen wir unbedingt ein anderes, ein nachhaltiges Verständnis von Ressourcen, mit denen viel zu lange sehr unbedacht und oftmals auch verschwenderisch umgegangen wurde (und immer noch wird). Der Bedarf an Rohstoffen ändert sich, ohne diese kann weder die Energiewende gelingen, noch benötigte Innovationen. Ohne Rohstoffe keine langfristigen Arbeitsplätze und damit auch kein Wohlstand. Green Technology fokussiert die Faktoren Nachhaltigkeit und Energieeffizienz. Bitte beschreiben Sie die Forschungsunternehmungen Ihres Instituts hinsichtlich einer nachhaltigen Rohstoff- und Materialeffizienz.

Unsere Forschungsbereiche zielen sehr direkt darauf, den Bergbau nachhaltiger und ressourceneffizienter zu machen, indem er sicherer, selektiver, präziser, energieeffizienter und emissionsärmer wird. Wir wirken mit unseren Forschungsprojekten an allen drei großen Trends mit und sind in den Bereichen Automatisierung, Digitalisierung und Elektrifizierung aktiv mit dem Ziel, unseren Beitrag zum autonomen und grünen Bergwerk der Zukunft zu leisten. Unser Schwerpunkt liegt dabei stets auf der Entwicklung sensortechnischer Lösungen, die den rauen Umgebungsbedingungen des Bergbaus gerecht werden, deren Integration in Maschinen und Prozesse der Rohstoffgewinnung sowohl für übertägige als auch untertägige Anwendungen sowie der Ableitung von sinnhaften und qualitativ hochwertigen Informationen aus diesen Daten für verschiedenste Anwendungen.

Bitte nennen Sie hierzu konkrete Beispiele.

Im Bereich Automatisierung schaffen wir die Grundlagen für die nächste Entwicklungsstufe, die Autonomisierung. Hierfür ist es notwendig, Technologien zu entwickeln, die eine autonome Navigation untertage, wo es beispielsweise kein GPS gibt, oder die (Fern-)Steuerung von Maschinen ermöglichen. Fahrzeuge und Maschinen müssen die Umgebung erkennen, sich lokalisieren und selbstständig navigieren können. Darüber hinaus müssen sie auch mit anderen Maschinen kommunizieren können. Hierfür braucht es einheitliche Schnittstellen und Protokolle sowie idealerweise dezentrale Kommunikationsstrukturen. All das sind Themen, an deren Entwicklung wir in aktuellen Projekten beteiligt sind.

Im Bereich Digitalisierung geht es zum Beispiel um die Maschinenüberwachung und -diagnose mit dem Ziel einer vorausschauenden Instandhaltung, oder auch die prozessorientierte Materialerkennung. Wenn wir das Material schon während der Gewinnung charakterisieren können, sind wir einen großen Schritt weiter in Richtung selektiver Gewinnung und können zudem zu einem sicheren Betrieb durch die Erkennung von sich potenziell ablösendem Gestein beitragen.

Im Bereich Elektrifizierung geht es uns vor allem um die Fragestellung, wie Batterie-elektrische (mobile) Maschinen bestmöglich in den existierenden Prozess eingebunden werden können oder vielmehr, wie zukünftige Prozesse aussehen müssen, damit sich das Potenzial von elektrischen Maschinen in Hinblick auf eine CO2-Minimierung bei gleichzeitiger Realisierung der erforderlichen zu gewinnenden Menge realisieren lässt. Es geht hier um mehr als nur darum, Dieselfahrzeuge durch elektrische zu ersetzen. Gleichermaßen müssen wir die Energieangebotsseite in die Überlegungen, die Planung und Steuerung einbeziehen.

Zudem sind wir aktuell an dem europäischen H2020- Innovationsvorhaben NEXGEN SIMS beteiligt, in dem wir gemeinsam mit anderen europäischen Partnern unterschiedliche Technologien für das nachhaltige intelligente Bergwerk von morgen entwickeln und demonstrieren werden.

Ihr Institut hat 2020 den Deutschen Rohstoffeffizienz-Preis gewonnen. Bitte beschreiben Sie, wofür genau Sie honoriert wurden.

Den Preis haben wir gemeinsam mit dem Lehr- und Forschungsgebiet Aufbereitung Mineralischer Rohstoffe (AMR) für das Projekt OMMA gewonnen, im Rahmen dessen ein Online-Messsystem zur Materialstromcharakterisierung in Aufbereitungsanlagen der Gipsindustrie entwickelt und erfolgreich in einem industriellen Umfeld demonstriert wurde.

Das heißt es ging um eine Echtzeitbestimmung von Stoffstromzusammensetzungen. Diese wurden gemessen, während das Material auf dem Förderband nach der Gewinnung zur anschließenden Aufbereitung transportiert wurde. Dieses Projekt ist insbesondere dahingehend von Bedeutung, dass durch eine Vorhersage der Qualitäten die Ausbringung aus primären Gips- Lagerstätten erhöht werden kann.

Aufgrund der Tatsache, dass mit dem Ausstieg aus der Kohleverstromung etwa die Hälfte unseres aktuellen Bedarfes an Gips, den wir zwingend für Neubau und Umbau benötigen, nicht mehr gedeckt wird – rund die Hälfte unseres aktuellen Bedarfs wird über die hochreinen REA-Gipse (REA= Rauchgasentschwefelungsanlagen) gedeckt –, ist zukünftig eine verstärkte Gewinnung von Gips aus primären Lagerstätten erforderlich. Die natürlichen Lagerstätten wiederum weisen schwankende Materialqualitäten auf, die bislang nur aufwendig bestimmt werden können und was eine Mischung definierter Qualitäten erschwert.

Wie funktioniert das von Ihnen entwickelte Online-Messsystem?

Hochfrequente Wellen, die bei Transport- und Prallprozessen entstehen, werden mittels geeigneter Messtechnik als Körperschallsignale aufgezeichnet. Durch die Analyse der Körperschallsignale bekannter Stoffstromzusammensetzungen lassen sich Signalparameter algorithmisch ableiten und auf reale, unbekannte Stoffströme anwenden. Auf Basis dieser wurde dann in Echtzeit der Gips- und Anhydritgehalt eines unbekannten Stoffstroms erfolgreich ermittelt. Bisher müssen für diese Analysen Proben ins Labor geschickt und dort manuell untersucht und ausgewertet werden.

Was können andere Branchen vom Bergbau hinsichtlich einer nachhaltigen Rohstoff- und Materialeffizienz lernen?

Der Bergbau ist eine interdisziplinäre Disziplin und ist dies schon immer gewesen. Im Bergbau kommen sehr unterschiedliche Fertigkeiten zum Einsatz, die integriert werden müssen. Das macht das Betätigungsfeld auch sehr divers und komplex, die Disziplin ist von jeher im Grunde integrativ. Das brauchen wir heute in der Ausbildung mehr denn je, und hier kann man sicher vom Bergbau als Disziplin einiges lernen.

Als Branche musste der Bergbau schon immer Anpassungsfähigkeit beweisen und sich mit widrigen Umgebungsbedingungen, unsicheren und unvollkommenen Informationen und einem nicht geringen Maß an Unwissenheit, zum Beispiel über die genauen Erzgehalte während des Gewinnungsprozesses oder die genaue Beschaffenheit und Stabilität des Gesteins, auseinandersetzen. Mit begrenzten Informationen umzugehen und sich verändernden und teilweise widrigen Umständen zu stellen, sind ebenfalls Qualitäten, die in der heutigen Zeit wichtig sind, für andere Branchen, aber auch für jeden Einzelnen und jede Einzelne.

Im Bergbau benötigt man einen langen Atem?

Ja, denn man plant für Zeiträume von Jahrzehnten oder mehr. Bis ein Bergwerk tatsächlich produziert, vergehen von der Exploration über die Planung und den Bau meistens etwa zehn Jahre, oder sogar mehr. Die Lebensdauer von Bergwerken liegt zwischen etwa 20 und mehr als 100 Jahren. Die Vorabinvestitionen betragen von mehreren Millionen bis zu mehreren Milliarden Euro. Und das bei volatilen Rohstoffpreisen ohne Preis- oder Abnahmegarantien. Diese vorausschauende Planung und langfristige Perspektive sind sicher etwas, wovon andere Branchen lernen können.

Hinzu kommen Erfahrungen beim Umgang mit einer geringen bzw. fehlenden Akzeptanz gegenüber Projekten und damit nicht selten einhergehenden Unsicherheiten bei Genehmigungen und Investitionsentscheidungen – auch dies lässt sich auf andere Branchen übertragen, wie beispielsweise beim Ausbau von erneuerbaren Energien.

Das Interview führte Nives Sunara.