Rohstoffe aus dem Ozean – drei Beispiele

Beispiel 1: Erdöl und Erdgas in großen Meerestiefen

Der katastrophale Unfall der Deepwater Horizon hat gezeigt, dass die Förderung von Erdöl in großer Meerestiefe mit Risiken verbunden ist – nicht nur wegen der technischen Herausforderungen, sondern auch, weil Fehler hier zu kaum beherrschbaren Folgen führen können. Verständlicherweise haben sich die Unternehmen bislang auf die Vorkommen konzentriert, die leicht zu erschließen sind. Viele dieser Vorkommen sind mittlerweile erschöpft. Deshalb wird in zunehmendem Maße nach Erdöl gesucht, das unter Meeren und Ozeanen liegt. Die so genannte Offshore-Förderung beträgt mittlerweile 37 Prozent der gesamten Erdölförderung. Die meisten dieser Erdölquellen liegen in vergleichsweise flachen Meeresteilen, aber der Anteil der Förderung aus größeren Tiefen wird in den kommenden Jahren zunehmen (siehe Diagramm). Das lässt sich auch daran ablesen, dass mehr als die Hälfte der neu entdeckten Offshore-Erdölfelder im Tief- oderTiefstwasserbereich liegt.

Nur dank neuer technischer Verfahren ist es möglich und wirtschaftlich, solche Erdölfelder zu erschließen. Konnte man früher nur senkrecht in die Tiefe bohren, bewegen sich die Bohrköpfe heutzutage auch in Kurven – und das auf einer Länge von bis zu zwölf Kilometern. Zudem ist es möglich, aus einem Bohrloch mehrere weitere Bohrungen abzweigen zu lassen, so dass sich die Bohrkanäle wie die Wurzeln eines Baumes verästeln.

Die ökologischen Folgen der Deepwater Horizon-Katastrophe waren gravierend. In Polargebieten reagieren die Ökosysteme noch sensibler. Gerade in den Meeresgebieten nördlich des Polarkreises vermutet man aber etwa 30 Prozent aller noch unentdeckten Ölvorräte. Derzeit ist eine Förderung dort nicht wirtschaftlich – dies könnte sich jedoch ändern, wenn das Polareis infolge des Klimawandels weiterzurückgeht. Bereits jetzt melden Staaten wie Kanada, Russland und die USA dort Ansprüche an. Aber abgesehen von der politisch unklaren Lage ist auch zu befürchten, dass ein Unfall bei einer Bohrung in den artenreichen Gewässern des Polarmeeres schwerste ökologische Schäden verursachte. Kurz vor dem Ende seiner Amtszeit hat US-Präsident Obama im Dezember 2016 für mehrere küstennahe Meeresgebiete der USA ein Förderverbot verhängt.

Beispiel 2: Tagebau am Meeresgrund

Akkus, Leuchtdioden, Plasmabildschirme und viele andere technologische Produkte enthalten wertvolle Metalle, die nur an wenigen Orten auf der Erde zu finden sind. Oft sind diese Vorkommen schwer zu finden, in ihrem Umfang begrenzt und nur unter großem Aufwand zu nutzen. Deshalb richtet sich der Blick der Abbau-Unternehmen auch auf den Meeresboden. Dort haben sich an bestimmten Stellen mineralische Ablagerungen gebildet, die wertvolle Metalle enthalten: An den Flanken unterseeischer Gebirgszüge finden sich kobaltreiche Krusten, die neben Kobalt auch Mangan, Eisen, Nickel, Platin und Metalle aus der Gruppe der Seltenen Erden enthalten.

Für die Clarion-Clipperton Zone wurde bereits genau untersucht, in welchen Mengen dort welche Metalle in den Manganknollen zu finden sind. Bei Mangan, Nickel, Kobalt, Yttrium, Tellur und Thallium übersteigen sie sämtliche an Land
bekannten Vorräte.

In Meeresgegenden mit vulkanischer Aktivitätent stehen am Meeresboden oft heiße Quellen. Das Wasser, das dort ausströmt, enthält zahlreiche Substanzen, die sich bei Kontakt mit kaltem Meerwasser als Mineralien ablagern. So entstehen Massivsulfide, die wirtschaftlich interessante Metalle wie Indium, Germanium, Telluroder Selen enthalten.

In einer Wassertiefe von zum Teil 5.000 Metern Rohstoffe zu fördern, ist technisch sehr aufwändig. Derzeit ist noch nicht klar, wann sich der Abbau lohnen wird – als vielversprechend gilt die Nutzung von Manganknollen. Manganknollen sehen Blumenkohlköpfen ähnlich und können manchmal auch so groß werden. Neben großen Mengen Mangan und Eisen enthalten sie als wertvolle Metalle vor allem Kupfer, Kobalt und Nickel. Im Prinzip müssen die Knollen nur großflächig vom Meeresboden aufgesammelt werden. Es gibt bereits Pläne für tiefseetaugliche Erntemaschinen. Vier große Regionen sind im Pazifischen und Indischen Ozean bekannt. Für die so genannte Clarion-Clipperton-Bruchzone (CCZ) wurde präzise untersucht, welche Rohstoff-Mengen die dort vorhandenen Manganknollen enthalten (vgl. Tabelle).

Um die Manganknollen zu ernten, entfernen die Maschinen großflächig den Meeresboden mitsamt den Knollen, 200-300 km² pro Jahr pro Abbaugebiet – das entspricht etwa der Fläche von München. Nachdem die Knollen von Sedimenten befreit wurden, werden sie über einen Schlauch auf ein Frachtschiff gepumpt.

Manganknollen auf dem Meeresboden,
dazwischen eine Seegurke (Holothurie).

Bei dem Erntevorgang werden Lebewesen, wie Schnecken, Würmer und Seegurken, getötet, weil sie nicht in der Lage sind, vor den Erntemaschinen zu fliehen. Ein weiteres Problem sind die aufgewirbelten Sedimentwolken. Sie werden durch Meeresströmungen weitergetragen, beeinträchtigen die Nahrungsaufnahme von filtrierenden Meerestieren und können dort, wo sie sich ablagern, weitere Lebewesen abtöten. Möglicherweise beeinträchtigen Lärm und Vibrationen zudem Meeressäuger wie Wale und Delfine.

Insgesamt weiß man noch nicht sehr viel überdie ökologischen Langzeitfolgen eines solchen großflächigen Eingriffs in den Tiefseeboden. Die Vorstellung der Tiefsee als kalter, lebensfeindlicher Raum ist jedenfalls nicht richtig: An den Manganknollen siedeln Tiefseebewohner, die einen festen Untergrund benötigen, zum Beispiel Schwämme, Weichkorallen und Seeanemonen, die wiederum Lebensraum für Seesterne, Krebse und Tintenfische bereitstellen. 2015 hat ein europäisches Expeditionsteam einen Bereich im Pazifik untersucht, der bereits 26 Jahre zuvor zu wissenschaftlichen Zwecken umgepflügt worden war. Das Ergebnis: Selbst nach diesem langen Zeitraum hatte sich der sensible Lebensraum am Tiefseeboden nicht vollständig erholt. Die Wissenschaftler/innen empfehlen unter anderem, die Manganknollen nicht in großen, geschlossenen Flächen abzuernten, sondern Streifen freizulassen, damit die dort siedelnden Lebewesen ihre Funktionen im Gesamt-Ökosystem der Tiefseeweiter wahrnehmen können.

Chemischer Aufbau von Gashydraten

Beispiel 3: Methanhydrate aus dem Meeresboden

Das Gas Methan (CH4) ist aus demtäglichen Leben nicht wegzudenken– es ist der Hauptbestandteil  von Erdgas und somit ein wichtiger Energieträger. In derNatur kommt es nicht nur in Erdgaslagerstätten vor: Zusammen mit Wasser können Methan und andere Gase eine feste Verbindung eingehen, die sich Gashydrat nennt. Auf der Ebene der Moleküle sieht das so aus: Die Wassermoleküle bilden eine Käfigstruktur, in die Gasmoleküle eingeschlossen sind. Methanhydrate entstehen nur unter ganz bestimmten Bedingungen – bei niedriger Temperatur und unter hohem Druck. Man findet große Mengen unter dem Meeresboden, außerdem kommen sie im Permafrostboden vor (Alaska, Sibirien, Tibet). Bei Raumtemperatur zerfällt die Hydratstruktur– zündet man einen Klumpen Methanhydratklumpen an, sieht das aus, als brenne Eis.

Wissenschaftler/innen des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel haben auf zahlreichen Forschungsreisen rund um den Globus Methanhydrat-Vorkommen untersucht. Warum sind die Methanhydrate für sie so interessant? Es gibt vor allem drei Gründe:

1) Gashydrate im Untergrund sind häufigmit natürlichen Methanaustritten amMeeresboden verbunden – diese kaltenMethanquellen sind Oasen des Lebens inder Tiefsee und ein wichtiges Kettenglied imglobalen Kohlenstoff-Kreislauf;

2) Das in den Hydraten eingeschlosseneMethan könnte als neue und sehr ergiebigeEnergiequelle dienen;

3) Es wird befürchtet, dass in Folge der globalen Erwärmung in Zukunft größere Mengen Methan aus Gashydraten freigesetzt werden, die dann ihrerseits den Klimawandel weiter beschleunigen könnten.

Methan ist nämlich als Treibhausgas um das20–30fache wirksamer als Kohlendioxid. Wissenschaftler/innen des GEOMAR haben herausgefunden, dass nicht das gesamte aus Gashydraten freigesetzte Methan in die Atmosphäre gelangt. Mikroorganismen oxidieren einen Teil schon im Meeresboden und in der Wassersäule.

Die Förderung von Methanhydraten aus dem Meeresboden ist, wie der Tiefseebergbau, ein Projekt für die Zukunft – und ebenfalls nicht ohne Risiken: Die Gashydrate verfestigen die Sedimente der Kontinentalhänge wie Zement. Wenn man sie aus dieser Umgebung herauslöst, könnte es zu Hangrutschungen kommen, die unter Umständen auch einen Tsunami auslösen könnten.

Es stellt sich auch die Frage, wie das Methanaus der Gashydratstruktur gelöst werden kann– und dabei entwickeln Wissenschaftler/innen derzeit ein weiteres, interessantes Szenario: Eine Möglichkeit besteht nämlich darin, das Methan durch Kohlendioxid, das in den Meeresboden gepresst wird, zu ersetzen. Auf diese Weise könnte in einem einzigen Vorgang ein Klimagas eingelagert und ein wertvoller Energieträger gewonnen werden. Im Labor und sogar in einem Feldexperiment wurde dieses Verfahren bereits erprobt – aber bis zur industriellen Umsetzung sind noch einige Fragen zu klären. Derzeit koordiniert das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel ein großes Forschungsprojekt ,das sich mit diesem Thema beschäftigt.

Aufgaben

  • Wählt einen der drei Themenbereiche aus und bearbeitet in Partnerarbeit folgende Aufträge:

• Beschreibt wesentliche technische Neuerungen, die die jeweilige Erschließung der Rohstoffvorräte ermöglichen bzw. wirtschaftlich werden lassen.

• Welche besonderen Risiken für Pflanzen und Tiere bringt die Erschließung der Rohstoff-Vorräte mit sich?

• Entwickelt Ideen, wie die genannten Risiken minimiert werden könnten. Denkt dabei auch an das, was ihr im Film DEEPWATER HORIZON über die Arbeit auf einer Bohrplattform gesehen habt.

  • Stellt euch die Arbeitsergebnisse zu den einzelnen Themenbereichen gegenseitig vor. Diskutiert abschließend folgende Fragen:

• Welche der angesprochenen Energie- und Rohstoffgewinnungstechniken sollten eurer Meinung nach vorrangig weiterentwickelt werden? Begründet eure Einschätzung.

• Welche Rolle sollten Meere und Ozeane als Energie- und Rohstofflieferanten für die Menschen in Zukunft spielen?