Manganknollen im deutschen Lizenzgebiet im Nordostpazifik

-Von Stefan Nitschke- Vor dem Hintergrund von steigenden Rohstoffpreisen hat die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) im Juli 2006 mit der Internationalen Meeresbodenbehörde (IMB) der Vereinten Nationen einen Vertrag über die Exploration polymetallischer Knollen in einem Lizenzgebiet im zentralen Nordostpazifik geschlossen. Polymetallische Knollen oder Manganknollen weisen ein beträchtliches Potenzial für eine Reihe von wichtigen Bunt- und Nichteisenmetallen auf wie Nickel (Ni), Kobalt (Co), Kupfer (Cu) und Mangan (Mn). Vorrangiges Ziel der Erkundung dieser Vorkommen von Manganknollen im Vorfeld einer möglichen industriellen Nutzung ist die langfristige Sicherung der Versorgung Deutschlands mit wichtigen Metallrohstoffen.
Das deutsche Lizenzgebiet im zentralen Nordostpazifik umfasst insgesamt eine Fläche von 75.000 km2, verteilt auf zwei Areale mit 17,000 km2 im zentralen Bereich und 58,000 km2 im Osten des so genannten "Manganknollengürtels". Diese zwischen Hawaii und Mexiko gelegene Tiefseeregion mit Wassertiefen zwischen 4.000 und 6.000 Metern ist neueren Erkundungsarbeiten zufolge dicht belegt mit polymetallischen Knollen. Diese weisen zumeist einen Durchmesser von 3 bis 8 cm auf. Sie enthalten neben durchschnittlich 25 Prozent Mangan vorallem bis zu 3 Prozent Cu, Ni und Co. Diese Metallrohstoffe bilden nach Meinung vieler Rohstoffexperten eine bedeutende Rohstoffquelle für die Zukunft. Weitere Spurenmetalle, die in interessanten Konzentrationen in den polymetallischen Knollen vorkommen, sind neben Molybdän (Mo) auch Lithium (Li) und Neodym (Nd).
Die Kennwerte des deutschen Lizenzgebietes sind Knollenvorräte von etwa 750 Mio. Tonnen (10 kg/m² cut off) bei einer durchschnittlichen Knollenbelegung von 12 kg pro m2 mit einem Metallinhalt von 19 Mio. Tonnen Ni + Cu + Co.

Zudem bereitet die BGR im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums (BMWi) und in Abstimmung mit der Internationalen Meeresbodenbehörde ISA bis 2015 die mögliche Lizenznahme weiterer mariner polymetallischer Sulfidvorkommen vor. Die BGR führt hierzu wissenschaftliche Arbeiten zur Erkundung potenzieller Gebiete an Spreizungszonen des Indischen Ozeans durch. Ziel der Arbeiten ist die Identifikation ehemals aktiver Metallsulfidvorkommen mittels modernster rohstoffgeologischer Explorationstechniken. Aufgrund der weltweit steigenden Nachfrage nach wichtigen Metallrohstoffen wie Ni, Cu, Co, Mn und Mo gibt es eine verstärkte Explorationstätigkeit auch in diesem Bereich.
Schon in den Jahren 2008 und 2009 erfolgten in ausgewählten Bereichen des zentralen Nordostpazifiks zwei Explorationskampagnen mit dem US-amerikanischen Forschungsschiff „Kilo Moana“. Hauptziel war seinerzeit die detaillierte topografische Vermessung des Meersbodens im gesamten Lizenzgebiet zur Erstellung eines digitalen Geländemodells. Außerdem wurden Proben genommen, um die räumlichen Variationen in der Belegungsdichte mit Manganknollen und deren Metallgehalte zu bestimmen. Bei einer durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Untersuchungskampagne mit dem deutschen Forschungsschiff „Sonne“ im Frühjahr 2010 wurden umfangreiche Untersuchungen zur Entstehungsgeschichte der Manganknollen durchgeführt.
Wissenschaftliche Untersuchungen an Manganknollen aus anderen Vorkommen am Institut für Physiologische Chemie und Pathobiochemie der Universität Mainz führten zu der Auffassung, dass Bakterien und Algen als Bio-Starter für Rohstoff-Ablagerungen in der Tiefsee angenommen werden können. Bei Manganknollen und Tiefsee-Krusten nimmt man deshalb vielfach einen biogenen Ursprung an. Speziell bei Krusten fungieren Coccolithophoriden (siehe die elektronenmikroskopische Aufnahme ganz unten) als Bio-Kristalle, um die sich herum die Mangankristalle abscheiden.
Ein weiterer wichtiger Teil des BMBF-Projekts ist die Erforschung der Biodiversität im Lizenzgebiet. Partner in diesem auf drei Jahre angelegten Forschungsvorhaben sind das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven (AWI) mit PD Dr. Sabine Kasten, das Leibniz-Institut für Meereswissenschaften in Kiel (IFM-Geomar) mit Prof. Dr. Anton Eisenhauer und Prof. Dr. Martin Frank, das Deutsche Zentrum für Marine Biodiversität in Wilhelmshaven (DZMB) mit Prof. Dr. Pedro Martínez, das Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen (Marum) mit Prof. Dr. Andrea Koschinsky und das Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie (Dr. Aude Picard). Weitere Projektpartner sind Beak Consultants GmbH (Lagerstättenanalyse) und Aker Wirth GmbH (Technikentwicklung).

Die technologischen Herausforderungen für eine zukünftige Nutzung von polymetallischen Knollen aus Tiefseegebieten sind nicht zu unterschätzen. Sie umfassen neben hochspeziellen Kollektorsystemen für den Abbau von Manganknollen (Vorschaubild; Quelle: Aker Wirth GmbH) Ablösesysteme für Kobaltkrusten/Massivsulfide, Fördersysteme durch die Wassersäule (Airlift- versus Pumpensystem), Spezialkabel zur Energieversorgung, Datenübertragungund Fernsteuerung, Winden- und Hebezeuge, Spezialschiffe (Surface Units) für Abbaueinheiten und Transporte, Umweltüberwachungssysteme einschließlich der autarken Energieversorgung sowie ein integriertes Projekt- und Systemmanagement (Dr. Th. Kuhn, „Impulsvortrag zum Thema Marine Mineralische Rohstoffe – Exploration und Bergbau”, MARIT21-Workshop Ilmenau, 23. bis 24. November 2010). Die wirtschaftliche Nutzung von Manganknollen aus großen Meerestiefen gilt jedoch nach wie vor als problematisch. So sind Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen derzeit noch nicht abschließend möglich, weil keine nachweislich funktionierende Abbautechnologie im industriellen Maßstab (Proven Technology) und keine zufriedenstellende Aufbereitungsmethodik verfügbar sind. Prognostiziert wird in einigen neueren Untersuchungen, dass in den kommenden fünf bis zehn Jahren mit einem industriellen Abbau von Manganknollen kaum oder nicht zu rechnen ist.

Kontakte bei der BGR
Dr. Carsten Rühlemann
E-Mail: carsten.ruehlemann@bgr.de
Dr. Thomas Kuhn
E-Mail: thomas.kuhn@bgr.de