Die nächste Grenze der Batteriematerialien für Elektrofahrzeuge: Meeresboden

Jul 03, 2023

Bergbauunternehmen unternehmen große Anstrengungen, um die für die Batterien von Elektrofahrzeugen benötigten Rohstoffe auch meilenweit unter der Meeresoberfläche zu beschaffen.

Sie wetteifern darum, diese Vorräte am Meeresboden zu erschließen, schließen Geschäfte ab, entwickeln Abbauprozesse und -ausrüstung und streben danach, umweltfreundlich zu sein.

In der Zwischenzeit wollen Umweltverbände den Ansturm verlangsamen, bis mehr über die Auswirkungen auf dieses weitgehend unberührte Gebiet der Erde bekannt ist. Mehrere Autohersteller haben sich einem Moratorium für die Beschaffung von Metallen aus dem Meeresbodenabbau angeschlossen.

Riesige Gesteinsfelder mit hohen Konzentrationen an Nickel, Kobalt, Kupfer und Mangan, die für Elektrofahrzeugbatterien benötigt werden, bedecken die sogenannten Abgrundebenen. Nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration macht das Gebiet 70 Prozent des Meeresbodens aus und liegt in einer Tiefe von über 10.000 Fuß. Es ist der größte Lebensraum der Erde.

Die kiesel- bis kartoffelgroßen Steine, die den Meeresboden bedecken und als polymetallische Knötchen bezeichnet werden, enthalten deutlich mehr Nickel und Kobalt als Landreserven. Der terrestrische Abbau dieser Materialien wird durch die Abhängigkeit von China, die Umweltbelastung und den Einsatz von Kinderarbeit in Afrika erschwert.

Laut einem Nature-Bericht aus dem Jahr 2020, der auf Daten des US Geological Survey basiert, gibt es 274 Millionen Tonnen Nickel in einem 1,7 Millionen Quadratmeilen großen Gebiet des Pazifischen Ozeans, das als Clarion-Clipperton-Zone bekannt ist. Laut USGS entspricht dies 95 Millionen Tonnen der bestehenden bekannten Landreserven. Auf dem Meeresboden gibt es 44 Millionen Tonnen Kobalt, an Land sind es 7,5 Millionen.

Die Beschleunigung des Verkaufs von Elektrofahrzeugen und die steigende Nachfrage nach Batteriematerialien haben einen Unterwasser-Goldrausch ausgelöst. Bergbauunternehmen entwickeln Technologien wie Staubsauger in Traktorgröße und autonome Roboter zum Sammeln polymetallischer Knollen.

Die Gewinnung tonnenweise Gesteins aus 2 Meilen oder mehr unter der Meeresoberfläche mag wie ein komplexer und kostspieliger Prozess erscheinen, aber „ein Großteil der vorgeschlagenen Ausrüstung ist direkt aus dem Offshore-Öl- und Gas-Handwerk übernommen“, sagt Ed Freeman, Chefredakteur von Ocean News & Technologie, sagte Automotive News.

„Es ist schwierig, die Wirtschaftlichkeit des Meeresbodens mit der des terrestrischen Bergbaus zu vergleichen, weil es so viele Variablen gibt“, sagte Frik Els, Herausgeber von Mining.com. Der Meeresbodenabbau habe noch nicht in großem Maßstab stattgefunden, sagte er.

Ein erwarteter Vorteil besteht darin, dass der Prozess das Verladen von Erz auf Schiffe umfasst. Das spart Schritte in der Lieferkette. Kobalt beispielsweise wird in der Demokratischen Republik Kongo abgebaut und dann nach Südafrika geschickt, wo es zur Verarbeitung nach China verschifft wird. Das Metall geht dann an Batteriefabriken in Europa und den USA

„Wenn die Mine 1.000 Meilen vom nächsten Hafen entfernt ist, müssen Millionen Tonnen per Bahn transportiert werden“, sagte Els. „Wenn man auf See ist, lässt man es einfach in den Laderaum fallen und bringt es zu den Kunden.“

Die meisten Unternehmen haben die Clarion-Clipperton-Zone zwischen Mexiko und Hawaii im Visier. Seine Nähe zum nordamerikanischen Markt und die Lage „in freundlichen Gewässern“ machen es attraktiv, sagte Els.

Die Überwachung dieser potenziellen Goldgrube obliegt der Internationalen Meeresbodenbehörde, die 1994 auf der Grundlage des Seerechtsübereinkommens der Vereinten Nationen von 1982 gegründet wurde. Es umfasst fast 200 Mitgliedsländer. Die Behörde verwaltet ein Gebiet, das etwa halb so groß ist wie die Weltmeere, und hat seit 2001 19 Explorationsgenehmigungen an verschiedene internationale Unternehmen vergeben.

Es entwickelt einen Bergbaukodex, der „Vorschriften zur Regelung der Ausbeutung von Bodenschätzen“ auf dem Meeresboden umreißt. In der Zwischenzeit bereiten sich Bergbauunternehmen und Umweltverbände auf eine Konfrontation vor.

Während Bergbauunternehmen Ausrüstung entwickeln, Tests durchführen und mit Meeresforschern zusammenarbeiten, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu bewerten, erheben andere Widerstand. Der World Wildlife Fund forderte letztes Jahr ein Moratorium für den Meeresbodenabbau, um beurteilen zu können, ob dies möglich ist, ohne den Ozean zu schädigen.

BMW, Volkswagen, Volvo, Google und Samsung haben das Moratorium unterzeichnet und sich verpflichtet, keine Meeresbodenmineralien zu beschaffen. Andere Gruppen wie Greenpeace und Pew Charitable Trusts haben gefordert, den Meeresbodenabbau zu stoppen, bis die Auswirkungen auf die Umwelt verstanden sind. Die pazifischen Inselstaaten Fidschi, Samoa und Vanuatu haben sich gegen den Meeresbodenabbau ausgesprochen, und Chile hat um eine 15-jährige Pause gebeten, um die Auswirkungen zu untersuchen.

Es gibt jedoch Parteien, die den Meeresbodenabbau aufgrund seines wirtschaftlichen Potenzials aktiv unterstützen. Die Cook Islands Seabed Minerals Authority hat in diesem Jahr drei Explorationsgenehmigungen an Bergbauunternehmen vergeben. Der pazifische Inselstaat Nauru plant, bei der Internationalen Meeresbodenbehörde einen Antrag auf Genehmigung der kommerziellen Gewinnung polymetallischer Knollen ab 2023 zu stellen.

Diesen Monat gab Metals Co. aus Vancouver, British Columbia, bekannt, dass es auf Empfehlung der internationalen Behörde erfolgreich getestet hat, polymetallische Knollen vom Meeresboden in der Clarion-Clipperton-Zone zu sammeln. In Zusammenarbeit mit dem Schweizer Offshore-Unternehmen Allseas nutzte das Unternehmen große Vakuumsauger und ein 2 Meilen langes Rohr, um 15 Tonnen Knollen zu einem Schiff zu transportieren.

Die von Nauru gesponserte Metals Co.-Tochtergesellschaft Nauru Ocean Resources Inc. plant, die Testergebnisse der Behörde zur behördlichen und Genehmigungsbearbeitung vorzulegen.

Befürworter des Meeresbodenabbaus argumentieren, dass dieser angesichts der Lage der Ressourcen an Land und der damit verbundenen Umwelt-, Geopolitik- und Arbeitsprobleme weniger problematisch sei. Umweltgruppen sagen jedoch, dass es nur wenige Daten zum Meeresbodenabbau gibt, um die Auswirkungen auf die Meeresökosysteme zu verstehen.

„Jeder Tiefseeabbau zerstört letztendlich sowohl Arten als auch Lebensräume“, sagte Jessica Battle, leitende Expertin für globale Meerespolitik und Politik beim World Wildlife Fund-Schweden, gegenüber Automotive News.

Der Fonds schlägt Innovationen und Batterierecycling vor, um die Lücke bei benötigten Materialien zu schließen.

„Hier müssen Investitionen getätigt werden, anstatt in einem sensiblen Umfeld eine weitere Rohstoffgewinnungsgrenze zu eröffnen“, sagte Battle.

Mehrere europäische Autohersteller und Samsung verzichten auf die Verwendung von Meeresbodenmaterialien.

„Der Volkswagen-Konzern hat mehrere Experten aus dem öffentlichen Sektor, der Wissenschaft und der Wirtschaft konsultiert und eine gründliche Analyse der verfügbaren Daten zum Tiefseebergbau durchgeführt“, teilte der Autohersteller per E-Mail mit. „Unsere Schlussfolgerung ist, dass die aktuelle Forschung negative Auswirkungen des Bergbaus und der Abraumentsorgung auf das empfindliche Tiefseeökosystem nicht ausreichend ausschließen kann.“

BMW teilte Reuters letztes Jahr mit, dass die Beschaffung von Batteriematerialien aus Tiefseebergbau aufgrund unbekannter Umweltrisiken „keine Option“ sei.

Aber andere Autohersteller glauben, dass es Potenzial haben könnte.

General Motors „strebt eine wissenschaftlich fundierte und datengestützte Bewertung des ökologischen Fußabdrucks alternativer Wertschöpfungsketten an, einschließlich Land- und Unterwasserbergbau“, sagte ein Sprecher. „Wir verfolgen weiterhin die Entwicklungen mehrerer Parteien, darunter einige unserer wichtigsten strategischen Lieferanten, rund um den Tiefseebergbau.“

Das USGS untersucht die Auswirkungen des Bergbaus, um der Internationalen Meeresbodenbehörde dabei zu helfen, festzustellen, welche Umweltschutzmaßnahmen erforderlich sind.

„Es ist wichtig zu erkennen, dass alle Arten des Bergbaus Auswirkungen auf die Umwelt haben“, sagte USGS-Sprecher Alex Demas.

Das USGS befinde sich in einem sehr frühen Stadium der Erforschung dieser Faktoren, sagte Demas.

Letzten Monat veröffentlichte eine Gruppe von Meeresforschern des Massachusetts Institute of Technology die Ergebnisse einer Studie über Sedimentwolken, die durch Meeresbodenabbau entstehen. Sie arbeiteten mit Global Sea Mineral Resources zusammen, einem belgischen Meerestechnikunternehmen, das Möglichkeiten zur Gewinnung polymetallischer Knollen untersuchte.

Die MIT-Forscher rüsteten einen sogenannten „Pre-Prototype-Kollektor“ mit Instrumenten und Kameras aus, um die von der Maschine erzeugte Sedimentfahne zu überwachen. Ihre Messungen zeigten, dass die Sedimentwolke bei der Ausbreitung „relativ niedrig blieb und sich innerhalb von 2 Metern über dem Meeresboden aufhielt“, heißt es in einer Veröffentlichung des MIT.

„Die große Erkenntnis ist, dass bei dieser Art der Sammlung komplexe Prozesse ablaufen“, sagte Thomas Peacock, Professor für Maschinenbau am MIT und Mitautor der Studie.

Generell befürchten Forscher, dass sich die Wolken über das Bergbaugebiet hinaus ausbreiten und das Leben in der Tiefsee schädigen könnten.

Die meisten Bergbauunternehmen, die Genehmigungen der Seabed Authority beantragen, verwenden Maschinen wie den Sammler in der Studie, die Steine ​​und umgebendes Material vom Meeresboden saugen.

Das Global Sea Mineral Resources-System trennt im Kollektor Knötchen vom Sediment. Die Knötchen werden über ein Rohr zu einem Oberflächengefäß geleitet, während der größte Teil des Sediments hinter dem Sammler abgelassen wird.

Metals Co. sagte, seine Methode befördere polymetallische Knötchen an die Oberfläche, wobei Wasser und Sediment in eine „Mittelwassersäule“ abgeleitet würden.

Pliant Energy Systems aus New York City plant den Einsatz von Unterwasserrobotern mit langsam wellenförmigen Flossen, um polymetallische Knötchen aufzunehmen. Das Unternehmen sagte, dass Roboter und andere schwimmende Methoden, um die Knollen an die Oberfläche zu bringen, umweltfreundlicher seien als die Verwendung von Rohren.

Impossible Metals, ein Startup aus Pasadena, Kalifornien, plant den Einsatz autonomer Roboter auf dem Meeresboden, um polymetallische Knollen zu sammeln.

Die Roboter verfügen über mechanische Hände, um einzelne Knötchen aufzunehmen, und nutzen künstliche Intelligenz, um Steine ​​nur einer bestimmten Größe einzusammeln, sagte CEO Oliver Gunasekara. Wenn die Steine ​​zu klein seien oder bedeutende Meereslebewesen enthielten, würden sie nicht eingesammelt, sagte er.

„Die Technologie dafür existiert“, sagte Freeman von Ocean News & Technology über den Meeresbodenabbau. „Jetzt geht es vielmehr darum, die wissenschaftlichen Erkenntnisse aus den zahlreichen Meeresuntersuchungskampagnen zusammenzuführen und einen klaren Weg hin zu strengeren Vorschriften zu weisen.“

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