Zukunftswelten 20.11.2009, 19:43 Uhr

Erz und Energie aus der Tiefsee  

Je genauer Forscher die Tiefsee ergründen, desto mehr Rohstoffe finden sie. Ölkonzerne fördern bereits Öl und Gas in über 2000 m Wassertiefe. Manganknollen und Methanhydrate am Meeresgrund sind dagegen noch unberührt. Doch es ist nur eine Frage der Zeit, bis Tiefseeroboter, Bohr- und Fördersysteme für ihren Abbau bereitstehen. Vor allem das „Erdgas-Eis“ könnte helfen, die Energie- und Umwelt-Probleme der Zukunft zu lösen. VDI nachrichten, Berlin, 20. 11. 09, sta

Unablässig krabbeln stählerne Spinnen durch die Finsternis. Ab und zu taucht ein Kalmar in ihren Scheinwerferkegeln auf. Blasse Fische schweben vorbei. Sie achten nicht weiter auf die Sammelroboter, die hier am Grund des Pazifik Manganknollen auflesen und dann bei der Zerkleinerungsanlage abliefern. Diese zermalmt die faustgroßen Knollen in feines Granulat und schickt es mit Hilfe einer Hochdruckpumpe auf die 5000 m lange Reise ans Licht. Oben wird das Erzgranulat auf einer Arbeitsplattform aus der sprudelnden Wasserfontäne gesiebt. Nebenan steht schon ein Schüttgutfrachter zum Abtransport bereit.

Bis sich Kalmare und Sammelroboter tatsächlich treffen, dürften noch Jahre vergehen. Die International Seabed Authority (ISA) der Vereinten Nationen hat bisher keine Förderlizenzen für Mangan vergeben. Doch sieben Industrienationen, darunter China, Japan und Russland sind dabei, die Vorkommen im Zentralpazifik zu erkunden. Auch Forscher der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) untersuchen dort ein Areal von der Größe der beiden Bundesländer Niedersachsen und Schleswig-Holstein. „Unsere Kollegen sind gerade dort unterwegs, um exakte bathymetrische Karten zu erstellen und Manganvorkommen zu lokalisieren“, berichtet BGR-Geologe Dr. Ulrich Schwarz-Schampera.

Vom Forschungsschiff tastet ein Fächerecholot den Meeresgrund ab, um die Wassertiefen zu bestimmen. Nach und nach entsteht ein 3-D-Modell des Meeresbodens. Zur Verfeinerung der Daten hat das Schiff ein Side-Scan-Sonar im Schlepptau. Es beschallt den Boden aus 3 m Höhe. Langsam aber sicher erschließen die Forscher die düstere Unterwasserwelt. Wo sie auf Mangan stoßen, sollen später autonome Roboter genauer suchen.

Die Tiefsee ist eine große Unbekannte. „Erst 0,05 % des Meeresbodens sind exakt kartiert“, erklärt Schwarz-Schampera. Völlig überraschend stieß die BGR im Erkundungsgebiet auf riesige Unterwasservulkane. Das sagt viel über die Qualität der vorhandenen Karten. Teils sind submarine Bergzüge darauf um hunderte Kilometer verrutscht. „Die Erkundung wird erst in einem Jahrzehnt so weit sein, dass an eine Förderung zu denken ist“, erklärt der Experte.

Ob sich der Abbau lohnt, hängt auch davon ab, wie dicht die Erzknollen verteilt sind. Wertvoll sind sie so oder so. Neben Mangan enthalten sie Kupfer, Kobalt, Nickel und diverse seltene Metalle, die für Handys, Solarzellen oder Elektroautos benötigt werden. Doch die Förderung wird schwierig. „Das Gebiet ist bergig. Und wir sind bisher nur in Ebenen auf eine dichte Belegung gestoßen“, erklärt der BGR-Experte. Ob jemals Sammelroboter losgeschickt werden, hängt von der Größe dieser Ebenen ab. Denn der logistische Aufwand für den Auf- und Abbau der submarinen Fördersysteme ist groß.

Im Projekt ISUP (Integrated Systems for Underwater Production of Hydrocarbons) entwickeln drei deutsche Firmen gefördert vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) solche flexiblen Produktionssysteme. In 2000 m Tiefe sollen sie sich ferngesteuert aufbauen, erweitern und wieder abbauen lassen. Dafür sind Roboter, Pumpen oder Motoren auf modulare Rahmen montiert. Passend zum Baukastensystem soll ein offenes Steuerungssystem reibungslose Kommunikation innerhalb der Anlage und mit einer Zentrale an Land gewährleisten. Von dort sollen Wartung und Fehlerdiagnose möglich sein.

Solche submarinen Systeme hat die Mineralölbranche schon im Einsatz. Bis in 10 km Tiefe treiben Ölkonzerne ihre Bohrgestänge – bei Wassertiefen bis 2,5 km. In der Regel bohren sie heute von Spezialschiffen oder mobilen Erkundungsplattformen aus. Stoßen sie bei den Probebohrungen auf Öl, lassen sie die Bohrungen in alle Himmelsrichtungen abknicken, um die horizontale Ausdehnung der Felder zu erkunden und sie später systematisch auspumpen zu können. Total ist vor Afrika bis in 4000 m Wassertiefe vorgestoßen. Vor Brasilien und im Golf von Mexiko sind Chevron, Petrobras, Shell und Andere in ähnlichen Tiefen unterwegs.

Der Run auf die Tiefsee erfordert neue Fördertechnik. Statt verankerter Bohrinseln dienen heute FPSO-(Floating Production, Storage and Offloading)-Schiffe als Plattform. Dutzende Schlauchstränge verbinden diese Giganten mit fest installierten Pumpen am Meeresgrund. Spezielle Gelenkeinheiten sorgen für die nötige Flexibilität bei Wellengang. Je nach Größe und Druck im Ölfeld variiert die Zahl der Hochdruckpumpen und Schläuche. Teils muss das schwarze Gold mit Wasser aus dem Sediment gepresst werden, bevor es hinauf gepumpt werden kann. Das dabei entstehende Öl-Gas-Wasser-Gemisch trennt Shell vor der Küste von New Orleans mit Zentrifugen am Meeresboden. Öl und Wasser pumpen elektrische Unterwasserpumpen in einen inneren Schlauchstrang, während das Gas in einer äußeren Hülle zum Schiff strömt.

Oben verarbeiten die FPSOs das Öl weiter und lagern es zwischen. Rund um die mobilen Fördergiganten herrscht reger Tankerverkehr: Das geförderte Öl wird laufend abtransportiert. Analog dazu etablieren sich in der Erdgasförderung erste Schiffe mit Verflüssigungsanlagen. Auch hier docken laufend Flüssiggastanker an, um die kostbare Fracht abzuholen.

Die Mineralölbranche hat die Pforte zur Zukunftswelt schon weit aufgestoßen. Doch könnte die Epoche der Ölförderung in der Tiefsee enden, bevor sie richtig beginnt. Hintergrund ist wie so oft in diesen Tagen der Klimawandel. Am Grund der Weltmeere lagern unvorstellbare Mengen von Methanhydrat. Dieses feste „Erdgas-Eis“ enthält mehr Energie, als sämtliche konventionellen Lagerstätten von Kohle, Öl und Gas der Erde zusammen. Was nach Segen klingt, droht zum Fluch zu werden: „Neueste Klimamodelle lassen vermuten, dass sich das Wasser am Grund der Arktis im Lauf des Jahrhunderts um 3 °C erwärmt“, erklärt Prof. Klaus Wallmann vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften an der Universität Kiel. Es sei zu befürchten, dass dabei die eingelagerten Gashydrate schmelzen. Unvorstellbare Mengen Methan würden aus den Meeren entweichen. Ein Kippeffekt, der den Klimawandel massiv beschleunigen würde.

Wallmann spricht für das BMWi-Förder-projekt Submarine Gashydrat-Ressourcen (SUGAR). Dreißig Unternehmen und wissenschaftliche Institute arbeiten darin zusammen, um dieses Szenario abzuwenden. Regelmäßig treffen sich die Forscher mit Arbeitsgruppen aus Japan, China oder Indien, um Lösungswege und Ideen auszutauschen. Und wie es aussieht, liefert ausgerechnet das Klimagas CO2 die Lösung. Die Theorie: In Kraftwerken abgeschiedenes, verflüssigtes CO2 wird in die Methanhydratlager gepumpt. Dabei bildet sich stabiles Kohlendioxid-Hydrat und gasförmiges Methan. Das Methan wird gefördert, das Hydrat bleibt am Boden zurück.

Aktuell arbeiten die Forscher daran, den chemischen Prozess zu optimieren. Thermische Energie könnte dabei eine wichtige Rolle spielen. Deshalb wird über die Einleitung von Wärme aus Tiefbohrungen nachgedacht. Sogar lokale Feuer in den Methanschichten, die über die Zufuhr von Sauerstoff reguliert werden könnten, sind in der Diskussion. Als Katalysatoren könnten außerdem Polymerbeimischungen dienen. Forschungsziel sind wirtschaftlich lohnende Methanförderraten, denn sonst wäre der logistische Aufwand solcher Projekte nicht zu refinanzieren.

Wallmann stand der Förderung von Tiefseerohstoffen lange skeptisch gegenüber. Doch er sieht inzwischen keine Alternative. „Methanhydrate kommen gerade vor den Küsten Chinas und Indiens vor, wo im Rekordtempo neue Kohlekraftwerke entstehen“, sagt er. Darin fielen ungeheure Mengen CO2 an, die perspektivisch abgeschieden werden müssten. Als Hydrat ließe es sich sicher und gewinnbringend im Meeresgrund speichern und zugleich stünde das nötige Erdgas bereit, um auf sauberere Gaskraftwerke umzusteigen. „Durch die Fortschritte in der Offshore-Bohrtechnik sind solche Szenarien technisch machbar“, so Wallmann.

PETER TRECHOW

Von Peter Trechow

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