Neptuns Eldorado

Der Grund des Pazifik ist holprig wie eine alte Dorfstraße mit löchrigem Kopfsteinpflaster. Endlos lang erscheint die submarine Buckelpiste. Würde man mit einem U-Boot über den Clarion-Clipperton-Gürtel fahren, bräuchte man vier Tage vom einen bis zum anderen Ende. Diese Tiefseeregion zwischen Hawaii und der Westküste Mexikos ist gut 4000 Kilometer breit. Dicht an dicht ruhen dort kartoffelgroße Manganknollen auf dem weichen Sediment – ein wenig in den Matsch gesunken, doch gut sichtbar. Nirgendwo auf der Welt gibt es mehr Manganknollen als dort. Ein Pflasterer hätte etwa 1000 Jahre gebraucht, um die Mineralienklumpen so säuberlich aneinanderzureihen. Doch in der völligen Finsternis da unten, rund 5000 Meter tief im Meer, war kein Mensch am Werk. Die Klumpen sind in Jahrmillionen gewachsen – genährt von dem, was von oben herabrieselt: abgestorbene Algen und kleine Krebse, Silikatschalen und Kalkpanzer. Dieser Biomüll enthält winzige Spuren wertvoller Metalle. Im Lauf der Zeit haben sie sich in den Rohstoffklunkern am Meeresgrund angereichert. Etwa drei Millimeter wächst eine Knolle in einer Million Jahren wie eine Perle um kleine Kristallisationskeime herum – das können Steinsplitter oder auch Haifischzähne sein. Mangan, Eisen, Nickel, Kupfer und Kobalt machen die Knollen zum begehrten Rohstoff.

Dennoch war es zwei Jahrzehnte lang still um den Schatz in der Tiefsee. Kein Vergleich zu den 1970er-Jahren: Damals waren die großen Bergbaukonzerne geradezu euphorisch. Auf der Suche nach neuen Lagerstätten zogen die Industrienationen um die Welt. Der Schock der Ölkrise steckte ihnen in den Knochen. Die westliche Welt erkannte, dass in Sachen Rohstoffe zu viel Abhängigkeit von wenigen Län-dern nicht gut tut. Die Preussag, damals Deutschlands größtes Bergbauunternehmen, entwickelte gemeinsam mit Konzernen aus den USA, Japan und Kanada eilends Erntemaschinen für den Einsatz im Meer. 1978 setzte der erste Knollen-Roder, der „ Kollektor”, auf dem Grund des Pazifik auf – eine automatisch arbeitende Raupe. Sie klaubte die Manganknollen vom Boden und beförderte sie mit monströsen Pumpen über einen dicken Schlauch an die Meeresoberfläche. Doch die Ernüchterung folgte auf dem Fuß: Bald darauf entdeckte man neue Metallvorkommen an Land. Die Metallpreise sanken, und der vergleichsweise aufwendige und teure Meeresbergbau verkam zum unrentablen Unterfangen.

Doch mittlerweile ist der Dornröschenschlaf vorbei. Der Wirtschaftsboom in Asien, vor allem in China und Indien, hat die Metallpreise in den letzten Jahren derart steigen lassen, dass sich das Schürfen in der Tiefsee bald lohnen dürfte. Die Experten sind sich sicher, dass daran auch die derzeitige Wirtschaftskrise nichts ändern wird, die die Preise vorerst hat abstürzen lassen. „ Der Bedarf besteht nach wie vor, wenn auch derzeit abgeschwächt”, sagt Carsten Rühlemann, Spezialist für Marine Rohstofferkundung bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover. Die Industrienationen sind gut beraten, sich neue Claims zu sichern – vor allem Deutschland, das Metalle importieren muss. „Immerhin vergehen von der Erkundung eines Gebiets bis zum Abbaubeginn mitunter 15 Jahre”, sagt Rühlemann.

Eine Billion Tonnen Manganknollen

Was Rohstoffe betrifft, strebt die Welt derzeit ins Meer wie nie zuvor. Dabei geht es nicht nur um Manganknollen, denn Metalle schlummern auch woanders: in Erzkrusten – den sogenannten Massivsulfiden – und in Erzschlämmen im Atlantik, Pazifik oder Roten Meer. Den größten Batzen machen jedoch die Knollen aus. Experten schätzen ihre Menge auf etwa eine Billion Tonnen weltweit – ein gigantischer Vorrat für viele Jahrzehnte. Die größten Erzlagerstätten an Land sind höchstens zehn Milliarden Tonnen schwer, und schon das ist unglaublich viel. Noch aber geht es nicht ans Ernten. Die BGR hat im Frühjahr 2009 eine erste Konzeptstudie ausgeschrieben. Das Ziel ist die Entwicklung eines modernen Kollektors, ein Hightech-Update der Tiefseeraupe von 1978 sozusagen. Das ist ein klares Bekenntnis zum Meeresbergbau, nachdem 20 Jahre lang so gut wie nichts passiert ist. Nur in Asien ging die Entwicklung von Abbaugeräten stets gemächlich weiter. Führend sind derzeit Indien und Südkorea, wo Techniker bereits erste Prototypen zu Wasser gelassen haben.

Die neue Technik muss viele Anforderungen erfüllen – Umweltschutzauflagen etwa. Das Kollektor-System von 1978 hatte das mit den metallhaltigen Knollen aufs Schiff gepumpte Sediment einfach als Schlammwolke zurück ins Meer gespült. So einfach geht das heute nicht mehr. Forscher befürchten, dass die Schlammfracht mit der Strömung verdriften und andere Lebensräume wie Korallenbänke unter sich begraben könnte. Ein Kollektor des 21. Jahrhunderts muss also die begehrten Rohstoffe sammeln können, ohne tonnenweise Sediment im Wasser zu verquirlen.

Seen aus erzschlamm

In Sachen Massivsulfide und Erzschlamm herrscht schon jetzt Goldgräberstimmung. Im wahrsten Sinn des Wortes – denn diese unterseeischen Lagerstätten bieten tatsächlich Edelmetalle. Sie sind dort entstanden, wo tektonische Erdplatten auseinanderdriften und dabei Klüfte und Risse im Meeresgrund erzeugen. Dort sickert Meerwasser zwei bis drei Kilometer tief in die Erdkruste, heizt sich an Magmakammern auf und strömt wieder nach oben ins Meer zurück. Auf seiner Reise durch den Untergrund reißt das Wasser Mineralien mit sich. In Tausenden von Jahren haben sie sich an den heißen Quellen abgelagert – teils sind dabei massive Erzhügel entstanden, im Roten Meer haben sich Seen aus Erzschlamm gebildet. Kupfer, Silber und Gold, Indium und Germanium: Alles, was an den Rohstoffbörsen der Welt teuer gehandelt wird, ist dort zu haben.

Das kanadisch-australische Meeresbergbau-Unternehmen Nautilus Minerals ist startbereit: Die Firma will vor Papua-Neuguinea Massivsulfide anbohren. Die darin eingebettete Vielzahl von seltenen Metallen wird von wachsenden Hightech-Industrien wie der Chip- und Photovoltaik-Branche dringend gebraucht. Die Firma hat starke Anteilseigner im Rücken: Teck Cominco aus Kanada, Gazmetall, ein Tochterunternehmen der Metalloninvest Group aus Russland, und die britisch-südafrikanische Anglo American – drei der größten Rohstoffkonzerne der Welt stützen Nautilus. Die Technik für den Tiefseebergbau ist weitgehend fertig. „Zum Einsatz wird ein Bohrer kommen, der die Erz- und Gesteinsklumpen zu einer semi-liquiden Suppe zermalmt. Die lässt sich dann zum Schiff pumpen”, sagt Johannes Post, Ozeanograph und Vorstandsmitglied der Deutschen Gesellschaft für maritime Technik. Der Bohrer könnte, so die Pläne von Nautilus Minerals, auf einer Art Stelzenroboter sitzen, der über das zerklüftete Gestein klettert und die metallhaltigen Erze chirurgisch präzise aberntet und zerkleinert. „Anders als bei den Manganknollen, ist die Technik zu 90 Prozent entwickelt”, sagt Post. „Zwar hat Nautilus Minerals die Geräte noch nicht bauen lassen, doch wenn die Firma will, kann sie in einem knappen Jahr mit dem Abbau beginnen.”

Weltweit sind rund 200 Massivsulfid-Areale bekannt. Verglichen mit den Manganknollen sind diese Vorkommen mit Ausdehnungen von wenigen 100 Metern bescheiden. Für das Massivsulfid-Geschäft gilt deshalb: klein aber fein. Verlockend ist auch, dass der Rohstoffgehalt in den Tiefsee-Vorkommen deutlich höher ist als an Land. Dort lohnt sich der Erzabbau ab einem Metallgehalt von 0,5 Prozent Kupfer. Pro Tonne Abraum bringt es eine solche terrestrische Mine gerade einmal auf fünf Kilogramm Metall. In den Erzen am Meeresboden hingegen ruhen bis zu sieben Prozent Kupfer – das 15-Fache wie an Land –, in kleineren Mengen die anderen Edelmetalle. Das ist genug, um mit dem Abbau zu beginnen. Nautilus Minerals wollte 2010 mit dem Bohren anfangen, hat den Anstich aber angesichts der weltweiten Wirtschaftskrise und der gefallenen Metallpreise auf 2011 verschoben. Doch dass der Unterseebergbau in nächster Zeit beginnt, bezweifelt kaum einer in der Branche.

Auch am Grund des Roten Meers dürfte es demnächst unruhig werden. Dort lagern in den unterseeischen Becken der Atlantik- II-Senke 70 Grad Celsius heiße Erzschlämme. Ihre Inhaltsstoffe gleichen denen der Massivsulfide. Im Mai 1979 hatte die Preussag nebst Kooperationspartnern dort erstmals Schlämme an die Meeresoberfläche gesaugt und analysiert. Genau 30 Jahre später erteilte die Saudi-Arabische Regierung einem Unternehmen aus dem eigenen Land die erste Abbaulizenz. Es ist damit zu rechnen, dass dort in 2400 Meter Tiefe schon bald der Meeresbergbau anfängt.

Robuste Pumpen und Leitungen

Die Schlämme haben den Vorteil, dass sie sich ähnlich wie Erdöl pumpen lassen. Deshalb lässt sich möglicherweise Fördertechnik von der Stange nutzen. Die Ingenieure von Nautilus haben es mit den Massivsulfiden ungleich schwerer. Die Erze enthalten das Mineral Pyrit, das extrem hart ist und wie ein Sandstrahl Oberflächen abhobelt. Entsprechend widerstandsfähig müssen die Pumpen und Leitungen für die Erzernte ausgelegt sein. „ Dennoch wird der Massivsulfid-Abbau funktionieren”, ist Post überzeugt. „Schon seit Jahren werden diamanthaltige Gesteine am Grund des Atlantik vor Namibia und Südafrika mit einer Art Tunnelvortriebsmaschine abgebaut. Die Technik hat ihre Alltagstauglichkeit bewiesen.”

Über die Nutzung des Meeresbodens wacht seit Mitte der 1990er-Jahre eine Behörde der Vereinten Nationen: die International Seabed-Authority (ISA), die Meeresbodenbehörde in Kingston auf Jamaika. Denn seit 1994 gilt das internationale Seerechtsübereinkommen. Es schreibt fest, dass die Hohe See allen Staaten „zur allgemeinverträglichen Nutzung” offensteht, und auch, dass der Tiefseeboden „gemeinsames Erbe der Menschheit” ist – wie das All oder die Antarktis. Das ist sinnvoll, denn so kann die ISA einen Teil der Schürfgründe für Schwellen- und Entwicklungsländer reservieren und verhindern, dass die potenten Industriestaaten allein die besten Flächen durchpflügen. Wer Ressourcen am Meeresboden abernten will, muss in Kingston einen Claim beantragen. Der Manganknollen-Abbau ist mit einer Bergbauvorschrift geregelt, die auch Umweltauflagen enthält: So darf der Claim nicht flächendeckend, sondern nur in einem Patchwork-Muster abgehobelt werden, damit unberührte Flächen erhalten bleiben. „Das wird ohnehin der Fall sein, weil der Meeresboden an vielen Stellen bergig ist”, sagt Rühlemann. „Dort kann man keine Knollen ernten.” Für den Abbau von Massivsulfiden gibt es dagegen noch keine internationale Regelung.

Schwerer Eingriff ins ökosystem

Mit dem neuen Erwachen des Meeresbergbaus keimt auch die alte Angst vor Umweltschäden wieder auf. Schon Ende der 1970er-Jahre hatte man vor den Sedimentschwaden des Abraums am Meeresgrund gewarnt. Inzwischen gibt es besser ausgefeilte Konzepte. Schläuche sollen die Schmutzfracht zurück in tiefe Wasserschichten pressen, sodass der Schlamm an Ort und Stelle bleibt. Dennoch wird der ozeanische Tagebau ein gewaltiger Eingriff in den Lebensraum Tiefsee sein. „Dort, wo man die Knollen aberntet, wird der Lebensraum auf großer Fläche massiv gestört”, sagt Sven Petersen, Geo-Forscher vom Meeresforschungsinstitut IFM-Geomar in Kiel. Da die Areale aber nicht vollständig abgeerntet werden, glaubt Petersen, dürften sie aus intakten Gebieten heraus recht schnell wiederbesiedelt werden.

Weit weniger problematisch ist für ihn der Abbau von Massivsulfiden, „da dort sehr viel kleinräumiger vorgegangen wird” . Zudem befinden sich die großen Massivsulfid-Areale dort, wo die dicht besiedelten Heißwasserquellen bereits versiegt sind. Anders als an den aktiven Schwarzen Rauchern kommen dort kaum größere Tiere am Meeresboden vor. Trotzdem, sagt Petersen, müssen die Lebensgemeinschaften in den ozeanischen Rohstoff-Arealen weiter untersucht werden. Denn was die Biologie am Meeresboden angeht, sind viele Gebiete noch lange nicht vollständig erforscht.

KÄFIGE AUS WASSER

Doch nicht nur Metalle locken die Meeresbergbauer in die Tiefe. An den Kontinentalhängen, wo die großen Landmassen Hunderte oder gar Tausende Meter weit schroff abfallen, ruhen gigantische Mengen eisähnlicher Methanhydrate. Darin ist das eigentlich gasförmige Methan in feste Molekül-Käfige aus Wasser eingelagert. Das Methan stammt aus tieferen, wärmeren Bodenschichten, blubbert aufwärts und erstarrt schließlich im kalten Wasser am Meeresgrund unter einem Druck von 350 Atmosphären oder mehr im Hydrat. Die weltweiten Methanhydrat-Vorkommen sind riesig. In ihnen stecken nach Expertenschätzung 1000 bis 5000 Milliarden Tonnen Kohlenstoff. Das ist 100 bis 500 Mal so viel wie jährlich durch die Verbrennung von Gas, Erdöl oder Kohle freigesetzt wird. Dieser kaum vorstellbare Vorrat soll künftig geerntet und wie Erdgas verkauft werden, das ebenfalls zu über 90 Prozent aus Methan besteht. Doch es fehlt bislang an Abbautechnik. Vor zehn Jahren hatte noch kaum jemand von den Methanhydraten gehört. Forscher holten die weißlichen Brocken eher zufällig vom Meeresgrund. An der Luft entzündete sich das ausdampfende Methan, und den Forschern ging auf, dass tief unten im Ozean eine ungehobene Rohstoffquelle ruht. Vor allem Japan, Südkorea und Norwegen entwarfen in den letzten Jahren erste Konzepte für die Methanhydrat-Förderung.

Die Kieler Forscher vom IFM-Geomar, die die ersten Methanhydrat-Vorkommen entdeckt hatten, interessierten sich zunächst mehr fürs wissenschaftliche Detail. „Als Rohstoffquelle erschien uns das Methan wenig sinnvoll”, erinnert sich Klaus Wallmann, Methanhydrat-Spezialist und Geologe an dem Kieler Institut. „Das wäre nur eine weitere fossile Ressource gewesen, deren Verbrennung den Klimawandel noch verschärft hätte.” Wallmann und seine Mitarbeiter untersuchten, wie Methanhydrate entstehen, wo und warum sie an bestimmten Meeresböden vorkommen und welche Rolle sie für Meeresorganismen als Nahrung spielen.

Und dann folgte der große Schreck: Zusammen mit britischen Forschern stießen die Kieler während einer Expedition vor der arktischen Insel Spitzbergen auf Methanhydrat-Vorkommen, aus denen das Methan austrat – ein Gas, das um ein Vielfaches stärker zum Treibhauseffekt beiträgt als Kohlendioxid (CO2). Offensichtlich war die Wassertemperatur am Meeresboden über eine kritische Schwelle gestiegen. Wird es zu warm, löst sich Methanhydrat auf – möglicherweise eine Folge des Klimawandels. Schreckensvisionen von schmelzenden Hydratmassen am Meeresboden, von unterseeischen Hangrutschungen und riesigen Tsunamis machten die Runde.

Methan raus, CO2 rein

Lange waren die Forscher ratlos. Doch dann entdeckte man am IFM Geomar ein höchst interessantes Phänomen, das die Methan-Ernte plötzlich in einem anderen Licht erscheinen ließ. Im Labor gelang es, Methan mit Kohlendioxid-Gas aus den Hydraten zu treiben: Das CO2 dringt in das Hydrat ein und verdrängt das Methan. Methan lässt sich also ernten, indem man das Hydrat mit CO2 begast. Das Faszinierende: Während das Methan hervorblubbert, verbindet sich das Kohlendioxid zu festem Hydratzement, der viel wärmestabiler ist als das ursprüngliche Methanhydrat. Damit ergibt sich ein attraktives Ernte-Szenario: Das aus Hydraten gewonnene Methan könnte man in Gaskraftwerken zur Wärme- und Stromnutzung verbrennen. Das frei werdende CO2 würde abgespalten und zwischengespeichert und könnte zur Deponierung an den Meeresboden verfrachtet werden, um wiederum Methan aus den Hydraten zu treiben. Damit würde man drei Fliegen mit einer Klappe schlagen: das Methan ließe sich nutzen, das CO2 sicher lagern und das Hydrat am Meeresgrund trotz Wassererwärmung stabil halten.

In einem Forschungsprojekt loten die Kieler jetzt gemeinsam mit anderen Instituten aus, wie sich die „Rein-Raus-Methode” im Meer realisieren lässt. Derzeit testet ein norwegisch-amerikanisches Konsortium in Alaska im dauervereisten Permafrostboden an Land, ob der CO2-Methan-Austausch tatsächlich klappt. Bereits 2008 konnte ein japanisch-amerikanisches Team zeigen, dass es möglich ist, Methan aus dem mehrere Hundert Meter tief im Boden lagernden Hydrat zu lösen: zum einen durch Erhitzen, zum anderen durch Druckentlastung im Bohrloch. An Land sind derartige Tests relativ leicht durchzuführen. Von 2012 an soll das Verfahren erstmals im Meer, am Kontinentalabhang vor Japan, ausprobiert und das erste Methan gewonnen werden. Wallmann weiß um die Risiken. So ist es denkbar, dass beim Bohren im Meeresboden die über dem Hydrat liegenden Sedimentschichten aufreißen. Methan würde unkontrolliert entweichen und als Treibhausgas bis in die Atmosphäre aufsteigen. Um das zu vermeiden, sollen nur tief liegende Vorkommen abgeerntet werden. Und: Zu hoher Druck in der Lagerstätte könnte den Meeresboden bersten lassen. Mehr als 10 Bar dürfen es beim Abbau nicht sein, rät Wallmann.

Bis zum industriellen Abbau von Methanhydraten sind noch viele Jahre Entwicklungsarbeit nötig, glaubt der Forscher. Doch es brummt schon jetzt in der Meeresbergbaubranche. Die Ernte der Massivsulfide steht kurz bevor, die Bergbauunternehmen haben das Methanhydrat fest im Visier. „Dass man tief im Meer Bodenschätze gewinnen kann, haben die Erdölkonzerne längst vorgemacht”, sagt Sven Petersen vom IFM-Geomar. Die Unternehmen fördern das Schwarze Gold bereits aus bis zu 3000 Metern Tiefe.

Auch das Interesse an den Manganknollen ist wieder erwacht. So hat die BGR für Deutschland im Clarion-Clipperton-Gürtel Abbaurechte für Gebiete mit rund 75 000 Quadratkilometer Fläche gesichert – das entspricht der Größe Bayerns. Nach einer Pazifik-Expedition der BGR-Forscher 2008, startet 2009 eine weitere Forschungsreise. Sie soll klären, wie die Manganknollen verteilt sind und in welchen Gebieten ihre Dichte besonders groß ist. Über der verschlafenen submarinen Buckelpiste des Ostpazifik wird vermutlich bald emsiges Treiben herrschen. ■

Für den Oldenburger Wissenschaftsjournalisten Tim Schröder gehört die Tiefsee zu den faszinierendsten Regionen der Erde.

von Tim Schröder