wertvolle erde - der schatz im untergrund

E R D EWERTVOLLE

KATALOG ZURWANDERAUSSTELLUNG

DER SCHATZ IM UNTERGRUND

Katalog zur Wanderausstellung

DER SCHATZ IM UNTERGRUND

WERTVOLLE E R D E

WERTVOLLE ERDE 32 WERTVOLLE ERDE

InhaltVorwortAusstellungskonzept

Unser Planet

Entstehung von geologischen Rohstoffen Erdöl und Erdgas Stein- und Braunkohle Gashydrate Metallische RohstoffeSeifen Manganknollen Steine, Erden und Salz Suchen, Finden, Fördern und Aufbereiten von Rohstoffen Erkundung des Untergrundes Seismische Erkundungsmethoden Geoelektrische Messungen Magnetfeldmessung Gravimetrie Bohrungen Berg- und Tagebau Mariner Bergbau Deutsche BergbaugeschichteDeutsche MontantechnologieGesteinsaufbereitung – Brechen und Mahlen Flotation und Verhüttung Biolaugung und chemische Laugung Rekultivierung

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Rohstoffe, Ressourcen, Reserven, Verbrauch und Fördermengen Vorrat an geologischen Rohstoffen Rohstoffsituation in Deutschland Fördermengen heimischer RohstoffeUrangewinnung in Deutschland Einfuhr von Rohstoffen Verbrauch von Rohstoffen Rohstoffverknappung und Versorgungsengpässe

Bedeutung und Nutzung von Rohstoffen Baustoffe, Glas- und Keramikindustrie Energiegewinnung Elektroindustrie, Fahrzeug- und Maschinenbau Besondere Bedeutung der Seltenen Erden Kosmetik, Keramik, Farben und Düngemittel Recycling und Wiederverwertung Rückgewinnung metallischer Rohstoffe

Geoenergie und Nutzung des Untergrundes Geothermie Gasspeicher Energiespeicher Unkonventionelles Gas Rohstoffe aus dem All Lexikon DanksagungAusstellungsteam

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Vorwort

Ohne die Nutzung geologischer Rohstoffe wäre die Industrialisierung undenkbar gewesen. Sie hat das Leben auf unserem Planeten in den vergangenen zwei Jahrhunderten enorm verändert. Zu den geolo-gischen Rohstoffen gehören fossile Rohstoffe wie Kohle und Erdöl, mineralische Rohstoffe wie Zement, Steine und Erden sowie die me-tallischen Rohstoffe, die Erze.

Heute wissen wir, dass geologische Rohstoffe nicht ewig reichen und ihr Abbau immer kostspieliger und technisch aufwendiger wird. Des-halb versucht die Industrie heutzutage möglichst effizient und roh-stoffsparend zu produzieren, und das Recycling, vor allem von Glas und Metallen, ist inzwischen ein integraler Bestandteil des Rohstoff-kreislaufes geworden.

Diese Ausstellung widmet sich den geologischen Rohstoffen, ihrer Entstehung, der Erkundung und Gewinnung sowie der Verwendung und Wiederverwertung jener Reserven, die die Erde uns zu bieten hat.

Dabei versuchen wir viele Fragen zu beantworten: Wie und über wel-chen Zeitraum entstehen geologische Rohstoffe? Wie werden sie ge-sucht und gefunden? Wie und wo werden sie heute abgebaut? Welche Methoden gibt es, Lagerstätten sinnvoll und effektiv zu nutzen?

Wo finden geologische Rohstoffe, insbesondere Erze, in der Industrie Verwendung, und wie können Rohstoffe wiederverwendet werden?

Diese Fragen betreffen uns alle, denn Rohstoffe werden immer knapper. Länder und ganze Industriezweige geraten inzwischen in Abhängigkeit von jenen Produzenten, die über den Zugang zu Res-sourcen verfügen. Deshalb konzentriert sich die geowissenschaftli-che Forschung heute mehr denn je auf die Rohstoffe. Forscher und Ingenieure suchen nach umweltverträglichen und nachhaltigen Ge-winnungsmethoden, entwickeln eine schonende Nutzung und opti-mieren die Wiederverwertung.

Es ist unmöglich, in dieser Wanderausstellung das Thema Rohstoffe erschöpfend zu behandeln. Dennoch wollen wir Denkanstöße geben und gleichzeitig für eine schonende und nachhaltige Nutzung der schwindenden Rohstoffe plädieren.

Dr. Ute Münch Leiterin des Koordinierungsbüros GEOTECHNOLOGIEN

Prof. Dr. Gerold WeferVorsitzender des LenkungsausschussesGEOTECHNOLOGIEN


Ausstellungskonzept

Die Wanderausstellung WERTVOLLE ERDE möchte Sie mit auf eine Reise zu den Rohstoffen in unserem Erdreich nehmen. In fünf Modulen wird ein breiter Überblick über die Entstehung unseres Planetens, die Genese von Lagerstätten, moderne Erkundungsmethoden bis hin zur Wiederverwertung einiger Rohstoffe gegeben.

Um das Gefühl des Hinabsteigens ins Erdreich zu vermitteln, wurden die Wände massiv gebaut und die Farbe Schwarz eingesetzt. Schwarz charakterisiert nicht nur die Dunkelheit der Tiefe, sondern auch einen unserer wichtigsten heimischen Roh-stoffe, die Kohle. Um diesen Rohstoff zu bergen, werden beispielsweise Bagger-schaufeln genutzt. Von der Form einer liegenden Schaufel abgeleitet, entstanden die Schrägen der Stellwände. Da der Mensch oberhalb des Erdreiches lebt, war es wichtig, dem Schwarz eine Farbe des Wachstums entgegenzusetzen. So entschieden wir uns für ein frisches helles Grün. Dieses wiederholt sich in allen weiteren Gestaltungselementen.

Beim Bau der Stellwände sowie bei der Realisierung verschiedenster Exponat- ideen hatten wir mit dem Designbüro und Ausstellungsbauern »freybeuter« aus Potsdam den idealen Partner. In jedem Modul sind eine Vielfalt verschiedenster Me-dien wie z. B. 3-D Bilder, Animationen, Spiele, Mitmach-Rätsel und Filme integriert. So entsteht ein Spannungsfeld zwischen Erlebnis und Inhaltsvermittlung.

Corinna KallichGrafikdesignerinKoordinierungsbüro GEOTECHNOLOGIEN

IdeenfindungModellbau

Skizzen EntwürfeExponate


Die Erde ist vor ungefähr 4,6 Mil-liarden Jahren entstanden. Im Laufe der Erdgeschichte gab es immer wieder gewaltige Verän-derungen. So wechselten sich Kalt- und Warmzeiten ab, es gab Erdzeitalter, in denen Festlands-bereiche weitgehend von Ozea-nen überflutet waren. Darüber hinaus gab es Phasen, in denen es zu heftigen vulkanischen Ak-tivitäten kam oder Gesteine aus großen Tiefen in die Erdkruste aufgedrungen sind. So sind über Jahrmillionen hinweg Gebirge entstanden und wurden Grä-ben aufgerissen. Im Vergleich zum gesamten Erdalter ist die heutige Gestalt der Erde sehr

jung. Die Verteilung von Landmassen und Ozeanen, wie wir sie auf Landkarten sehen, existiert erst seit knapp 2,5 Millionen Jahren. Auch dieses Bild ändert sich ständig: Erdbeben oder Vulkanausbrüche sind drama-tische Beispiele für die immerwährende Umgestaltung der Oberfläche der Erde.

Auch der Mensch hat im Laufe seiner Entwicklungsge-schichte die Gestalt der Erde verändert. Schon in der Ur- und Frühgeschichte haben Menschen im kleinen Rahmen geologische Rohstoffe abgebaut. Heute werden sie großtechnisch gewonnen und weltweit zur Energie- erzeugung und in der Industrie eingesetzt. Inzwischen sind viele der oberflächennahen Rohstoffvorkommen bereits erschöpft und der Bergbau dringt in immer größere Tiefen und unwirtlichere Landschaften vor. So werden die geologischen Rohstoffe, die sich im Laufe von Jahrmillionen gebildet haben, unwiderruflich ver-braucht. Umso wichtiger werden in Zukunft das Einspa-ren und die Rückgewinnung von Rohstoffen.

Millionen Jahrevor unserer Zeit

Alpidische Gebirgsbildung › Schwacher Vulkanismus› Festlandbereiche werden den heutigen ähnlich› Meer wird zurückgedrängt› Kräftiger Vulkanismus› Überwiegend Meer und Überfl utung von Land- massen› Zerfall des Urkontinents (Gondwana) abgeschlossen› Schwacher Vulkanismus› Aufsteigen von Tiefenge stein in die Erdkruste

Rheinland6 - 8 Mio. JahreLausitz15 - 20 Mio. JahreMitteldeutschland23 - 45 Mio. Jahre

Mitteleuropa190 - 200 Mio. Jahre

Ruhrgebietca. 300 Mio. Jahre

Harz (Rammelsberg), Erzgebirge345 - 395 Mio. Jahre

Brasilien, USA, Kanada, Südafrika, Russland2,0 - 2,4 Mrd. Jahre

Südafrika (Witwatersrand)1,8 Mrd. Jahre

Erzgebirge560 Mio. Jahre

Sachsen-Anhalt, Brandenburg, Polenca. 250 Mio. Jahre

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Variskische Gebirgsbildung› Starker Vulkanismus› Meer wird zurückgedrängt› Kräftiger Plutonismus› Schwacher Vulkanismus› Überfl utung von Land- massen durch das Meer

Auswahl einiger geologischer Rohstoffe und Lagerstätten

Kaledonische Gebirgsbildung› Dehnungsphase

2,4 Mio. Jahre

0,01 Mio. Jahre

65 Mio. Jahre

136 Mio. Jahre

190 Mio. Jahre

225 Mio. Jahre

280 Mio. Jahre

345 Mio. Jahre

395 Mio. Jahre

435 Mio. Jahre

500 Mio. Jahre

570 Mio. Jahre

2,5 Mrd. Jahre

1,8 Mrd. Jahre

4,0 Mrd. Jahre

4,6 Mrd. Jahre

SALZ, KUPFERSCHIEFER

BLEI, ZINK, KUPFER, ZINN

ZINN

GOLD, URAN

Gebänderte EISENERZE

STEINKOHLE

BRAUNKOHLE

ERDÖL / ERDGAS

Quartär

Tertiär

Kreide

Jura

Trias

Perm

Karbon

Devon

Silur

Ordovizium

Kambrium

Proterozoikum

Archaikum

Erdurzeit

EPOCHE

Die erdgeschichtliche

Entwicklung

im Überblick:

Aufgelistet sind die

Erdzeitalter (Epochen)

sowie wichtige Entste-

hungsphasen einiger

Rohstoffvorkommen.

Darüber hinaus sind

geologische Prozesse

und die jeweilige Vertei-

lung der Landmassen

dargestellt.

Unser Planet

WERTVOLLE ERDE 13ENTSTEHUNG VON GEOLOGISCHEN ROHSTOFFEN12 WERTVOLLE ERDE

Erdöl und Erdgas sind natürliche, in der Erdkruste vorkommende Stoffgemische, die hauptsäch-lich aus Kohlenwasserstoffen und organischen Schwefelver-bindungen bestehen. Kohlen-wasserstoffe sind, wie der Name sagt, chemische Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Erdöl ist flüssig, Erdgas ist gas-förmig. Letzteres besteht über-wiegend aus dem einfachsten Kohlenwasserstoffmolekül, dem Methan. Das heute geförderte Erdöl und Erdgas ist vor unge-fähr 20 bis 200 Millionen Jahren aus abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Bestandteilen (Plankton) im Meer hervorge-gangen. Im Laufe vieler Millio-nen Jahre lagerten sich diese

Erdöl und Erdgas

Wichtige Phasen bei der Erdöl- und Gasentstehung:

Organisches Material sinkt auf den Meeres-boden. Dort bildet sich unter sauerstoffarmen Bedingungen Faulschlamm, der im Laufe von

mehreren hunderttausend Jahren von Sedi-ment (Sand, Ton) überlagert wird. Durch den

Anstieg von Druck und Temperatur im Un-tergrund, entstehen aus dem Faulschlamm

Erdöl und Erdgas.

biologischen Reste in mächtigen Faulschlammschichten ab, die unter Luftabschluss nach und nach unter Ton-, Sand- und Kiesschichten begraben wurden. Durch die-se Überlagerung nahmen Druck und Temperatur im Untergrund zu und aus dem Faulschlamm entstanden allmählich Kohlenwasserstoffe. Öl konnte sich bei Tem-peraturen zwischen 65 und 120 Grad Celsius in einer Tiefe zwischen 2.000 und 4.000 Meter bilden. Gas ent-stand bei höheren Temperaturen von bis zu 180 Grad Celsius und Tiefen von bis zu 6.000 Metern. Da Gas eine geringere Dichte als Öl hat, ist es später aufgestiegen und heute deshalb oftmals oberhalb von Ölvorkommen zu finden. Überlagernde undurchlässige Gesteine, bei-spielsweise mächtige Tonschichten, verhinderten den weiteren Aufstieg des Erdgases. Es hat sich deshalb zumeist in porösen Sandsteinen unterhalb von Tonla-gen angereichert. Erdgas und -öl waren so auf natürli-che Weise für mehrere Millionen Jahre im Wirtsgestein eingelagert.

ENTSTEHUNG VON GEOLOGISCHEN ROHSTOFFEN

Vor rund 200 Millionen Jahren

So entstehen Erdöl- und Erdgasvorkommen.

Da Gas eine geringere Dichte als Öl hat,ist es aufgestiegen und oftmals oberhalbvon Ölvorkommen zu finden.


Kohle ist im Laufe vieler Milli-onen Jahre aus abgestorbenen Landpflanzen entstanden, die ähnlich wie Erdöl in tiefen Erd-schichten hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt wa-ren. Dieser Vorgang heißt In- kohlung und läuft in mehreren Stufen ab. Zunächst entsteht Torf, dann Braunkohle, anschlie-ßend Steinkohle und schließlich Anthrazit. Als Endprodukt dieser Kette bildet sich Graphit. So hat sich die heute abgebaute Stein-kohle vor 280 bis 345 Millionen Jahren, die Braunkohle aber erst vor 2,5 bis 65 Millionen Jahren gebildet.

Stein- und Braunkohle

Entstehung von Kohle: Vor rund 300 Millionen Jahren war das

heutige Deutschland von dichtem Urwald bedeckt. Durch Meeresspiegelanstieg und

Landsenkung versank der Wald langsam im Meer. Die abgestorbenen Pflanzen

sammelten sich am Grund dieses Meeres und wandelten sich ohne Sauerstoffzu-fuhr zu Torf um. Am Grund des Meeres

wurde der Torf von Sand und Ton bedeckt. Die Last dieser aufliegenden Sedimente

ließ den Druck und die Temperatur in der Torfschicht ansteigen. Hierdurch konnten

chemische Prozesse ablaufen, die aus dem Torf Braunkohle entstehen ließen. Dieser

Prozess lief mehrere Male ab, so dass verschiedene kohleführende Schichten übereinander abgelagert wurden. Da in

der Umgebung der tiefsten Braunkohle der Druck und die Temperatur weiter anstie-

gen, wandelte sich diese in Steinkohle um. So sind Steinkohleschichten meist unter

Braunkohleschichten verborgen.

Damit Torf und Braunkohle überhaupt entstehen kön-nen, darf kein Sauerstoff an die Pflanzenreste gelangen. Die späteren Kohlen entstehen dann vor allem unter ho-hen Drücken und Temperaturen.

Braunkohle wird häufig zur Stromerzeugung verwen-det. Steinkohle wird dagegen durch Erhitzung auf 1.000 Grad Celsius unter Luftausschluss zu Koks für die Stahlerzeugung umgewandelt. Die weltweit größten Steinkohlevorkommen gibt es in China und den USA. In Deutschland wird Steinkohle hauptsächlich im Ruhr-gebiet im Untertagebergbau gefördert. Große Braun-kohlevorkommen gibt es beispielsweise in Australien, Polen, aber auch hierzulande in Revieren in der Rheini-schen Bucht und in der Lausitz.


Gashydrate sind feste Verbin-dungen aus Gasmolekülen und Wasser, die je nach Temperatur des Meerwassers in 300 bis 700 Meter Wassertiefe vorkommen. Neben Methan können auch Kohlendioxid und Stickstoff Gas-hydrate bilden, wobei weltweit die Vorkommen an Methanhy-drat überwiegen. Die meisten Methanhydrate findet man ent-lang von Kontinentalrändern, Stickstoff-Hydrate hingegen sind aus den Eisschilden Grönlands und der Antarktis bekannt. Zur Bildung von Methanhydrat ist

Gashydrate

Im Jahre 1996 entdeckten deutsche Wissen-schaftler erstmals große natürliche Methanhy-

dratvorkommen vor der Küste Oregons (USA). Das Methanhydrat (weiß) ist in Sedimenten

am Kontinentalhang eingelagert. (Quelle: Bormann, MARUM)

ein Überangebot an Methan im Wasser notwendig. Es ist nur bei hohen Drücken und relativ niedrigen Temperaturen stabil. Bei Raumtemperatur und nor-malem Luftdruck entweicht das entflammbare Methangas. Der-zeit wird erforscht, ob sich diese Gashydrate auch als Energieroh-stoff nutzen lassen.


In der Erdkruste kommen metallische Roh-stoffe in verschiedenen Konzentrationen in ganz unterschiedlichen Gesteinen vor. Ge-steine, die solche metallischen Ressourcen enthalten, werden Erze genannt. Die Ent-stehungsgeschichten der Erzkörper können ganz verschieden sein. Sie richten sich aber generell nach dem Wirtsgestein. Dabei unterscheiden wir drei wichtige Ge-steinsarten: 1. Magmatite kristallisieren aus Magma, also einer Gesteinsschmelze, aus. 2. Sedimente entstehen durch Abtragung (Erosion). Sie werden durch Wind oder Wasser transportiert und wieder abgelagert.3. Metamorphes Gestein entsteht, wenn die beiden zuvor genannten Gesteins- arten sich unter großem Druck und hoher Temperatur verändern.

Metallische Rohstoffe

Schematisches geologisches Profil, wel-ches Vererzungen in Gängen und entlang

von Störungen sowie unterhalb von un-durchlässigen Schieferlagen zeigt.

(nach Malyutin und Sitkovsky, 1968)

Schematisches geologisches Profil, das eine idealisierte Stockwerksver-erzung mit typischer Mineralführung

in vulkanischen Gesteinen zeigt. (nach Evans, 1992)

Heißes Wasser entweicht am Ozeanbo-den und wird dort schlagartig abge-

kühlt, so dass die in der Lösung befind-lichen Metall-Schwefelverbindungen auskristallisieren. Pyrit, Kupferkies,

Blei- und Zinkblende sind typische Minerale. Sie bilden oftmals Schorn-

steine am Ozeanboden, die auch »Schwarze Raucher« genannt werden.

(Quelle: Daniel Desbruyères)

Magmatische Gesteine sind aus einer ursprünglich zähflüssigen Gesteinsschmelze kristallisiert. Je nach Anordnung und Größe der einzelnen Minerale und Kom-ponenten lassen sich Tiefengesteine von vulkanischen Gesteinen unterscheiden. Erzlagerstätten entstehen da-durch, dass Minerale mit einer niedrigen Schmelztem-peratur zu einem frühen Zeitpunkt auskristallisieren und innerhalb der Gesteinsschmelze absinken. Chromit oder auch Kupfer und Nickel können sich so anreichern. Schließlich bleiben nach der Ausscheidung aller ge-steinsbildenden Minerale aus den Restschmelzen nur noch heiße, mineralgesättigte Lösungen zurück. Sie werden als hydrothermale Lösungen bezeichnet und durchdringen den Gesteinskörper entlang von Rissen und Klüften. Dabei werden erneut verschiedene Ele-mente aus dem Gestein herausgelöst. Durch Änderung von Druck und Temperatur und chemischen Variationen können die jeweiligen Metalle innerhalb eines Gesteins-körpers oder -schmelze mobilisiert und konzentriert werden. Statt kleinsten Mengen in einem riesigen Ge-steinskomplex, sind dann zum Beispiel Erzbänder oder -gänge zu finden. Viele Erzlagerstätten sind auf diese Weise entstanden. Auch heute noch bilden sich aus heißen, hydrotherma-len Lösungen Erzvorkommen; sie sind vom Ozeanboden durch die eindrucksvollen »Schwarzen Raucher« be-kannt.


Durch das Einwirken von Wind und Wasser können aus Ge-steinskörpern Bruchstücke und Minerale herausgelöst und von dem ursprünglichen Ort über große Distanzen transportiert werden. Sobald die Strömung oder der Wind nachlässt, lagern sich diese Minerale dann am Ufer oder Grund eines Gewäs-sers oder am Fuße einer Anhöhe ab. Solche Lagerstätten werden als Seifen bezeichnet. Neben Gold bilden beispielsweise auch Platin, Zinn oder Diamanten Sei-fen aus.

Manganknollen entstehen, wenn sich in kalten arkti-schen Strömungen die im Meerwasser gelösten Metalle um einen Kristallisationskeim, wie einem Haifischzahn oder dem Bruchstück einer Muschelschale, ablagern. Daher sind die Knollen ähnlich einer Zwiebel schalen-förmig aufgebaut, wobei sie in einer Million Jahre nur etwa 5 Millimeter wachsen. Manganknollen sind etwa 2 bis 20 Zentimeter groß und auf sedimentbedeckten Flächen auf dem Meeresboden in etwa 4.000 bis 6.000 Meter Wassertiefe zu finden. Sie bestehen überwiegend aus Mangan, aber auch aus Ei-sen, Kupfer, Nickel und Kobalt. Wirtschaftlich interes-sant sind die Knollen, da sie auch Elemente wie Selen, Indium und Tellur enthalten.

Seifen ManganknollenIn vielen Flüssen Deutschlands kann

sogar heute noch Gold gewaschen werden. Im industriellen Maßstab wird hingegen nur am Rhein nach

den Goldseifen gesucht.(Bildquelle: TVR)

Manganknollen sind in großen Mengen auf dem Meeresgrund in

einer Wassertiefe zwischen 4.000 und 6.000 Meter zu finden, sie werden

zwischen 2 und 20 Zentimeter lang. Diese Manganknolle hat einen Durch-

messer von etwa 15 Zentimeter. (Quelle: G. Parent)


Mineralische Rohstoffe wie Stei-ne und Erden sind unerlässlich für den Straßen- und Wohnungs-bau. Verwendet werden sowohl magmatische Gesteine wie Ba-salte und Granite, metamorphe Gesteine wie Gneis und Schiefer und Sedimente wie Sandsteine, Sand, Kies und Ton. Ein weiterer wichtiger Rohstoff, der auch in Deutschland abge-baut wird, ist das Steinsalz. In der Erdgeschichte gab es im-mer wieder Phasen, in denen das Meer weit auf die Konti-nente vordrang oder sich wie-der zurückzog. Beim Rückzug verdunstete das Wasser und die darin gelösten Salze lagerten sich ab. Im Laufe von vielen Mil-

Steine, Erden und Salz

Mit großen Schaufelladern wird das abgesprengte Rohsalz, das Haufwerk, transportiert. Das Salz wird insbesondere für die Pro-

duktion von kali- und magnesiumhaltigen Düngemitteln benötigt.(Quelle: K+S GmbH & Co. KG)

lionen Jahren sind in der frühen Erdgeschichte auf diese Weise mächtige Salzlagen entstanden, die heute oftmals von anderen dicken Gesteinsschichten überlagert sind. Da Salz eine deutlich höhere Verformbarkeit und eine geringere Dichte als beispielsweise Sand- oder Tonstein hat, wurde es an einigen Orten durch den Druck der auf ihm liegenden Schichten in Form eines Salzstockes nach oben gedrückt. Salz wird entweder in Bergwerken durch Sprengung oder aber auch durch Auflösung durch Was-ser, also durch Laugung, abgebaut.

WERTVOLLE ERDE 25SUCHEN, FINDEN, FÖRDERN UND AUFBEREITEN VON ROHSTOFFEN24 WERTVOLLE ERDE

Während des kalifornischen Goldrausches Mitte des 19. Jahrhunderts reichten einfache Werkzeuge wie Schaufel und Sieb aus, um größere Goldklum-pen, kleine Nuggets oder Gold-staub entlang von Flussläufen zu finden. Um heute Bodenschätze in wirtschaftlichen Mengen auf-zuspüren, sind andere Werkzeu-ge notwendig, beispielsweise die satellitengestützte Fernerkun-dung, GPS-Navigation und High-tech-Messgeräte, mit denen der tiefe Untergrund durchleuchtet werden kann.

Die Suche nach Rohstoffen er-folgt heute im Wesentlichen mit Hilfe verschiedener geophysika-

Erkundung des Untergrundes

Auch Frauen suchten während des Goldrausches im amerikanischen Westen, nur

mit einem Hammer ausgerüstet, nach Gold (Sodaville, Nevada, im Mai 1910).

(Quelle: ID. Sterret/USGS Photographic Library) lischer Methoden wie der Geoelektrik, der Magnetik, der Seismik und der Schweremessung. Dazu werden elektrischer Strom, Schallwellen und Magnetfelder in den Untergrund geschickt. Weil verschiedene Gesteine, Flüssigkeiten oder Gase unterschiedliche Materialei-genschaften haben, reflektiert beispielsweise ein festes Gestein Schallwellen deutlich besser als ein gasreiches Lockergestein. Die verschiedenen Gesteine können darüber hinaus auch anhand ihrer elektrischen Leitfä-higkeit, ihrer magnetischen Eigenschaften sowie ihrer Dichte und der Rückstrahlung von Infrarotlicht vonein-ander unterschieden werden.

Solche Messungen finden meist an Land statt. Es wer-den aber auch Hubschrauber und Flugzeuge zu Mes-sungen aus der Luft oder Schiffe für marine Untersu- chungen eingesetzt. Inzwischen sind auch einige Satelli-ten mit entsprechenden Sensoren ausgerüstet. Auf diese Weise können große und unwegsame Gebiete erkundet werden. Sofern die Ergebnisse vielversprechend sind, werden Probebohrungen durchgeführt, um ein detail-lierteres Bild über die Strukturen und Gesteinsschichten im Untergrund zu erhalten.

SUCHEN FINDEN FÖRDERNUND AUFBEREITEN VON ROHSTOFFEN

Seismische Strukturen des Untergrun-des in 3D aufgelöst. Diese Technik wird

genutzt, um beispielsweise Öl- und Gasvorkommen zu lokalisieren.

(Quelle: Wintershall GmbH)


Aktive seismische Verfahren liefern Informationen über den Untergrund, wenn der Boden durch Sprengungen oder mit Vibrationsfahrzeugen künstlich erschüttert wird. Diese Erschüt-terungen gleichen kleinen Erd-beben und senden Schallwellen in den Untergrund. Aus der Zeit, die zwischen dem Absenden des Signals und dem Auffangen der reflektierten Welle verstreicht, lässt sich die Lage unterschied-licher Gesteinsschichten ermit-teln. Die reflektierten Wellen werden an verschiedenen Or-ten aufgefangen, so dass mit entsprechenden Computerpro-grammen ein dreidimensionales Bild des Untergrundes gezeich-net werden kann.

Seismische Erkundungs-methoden

Ausbringen des seismischen Streamers in der Melville Bay, nordwestliches Grönland.

An den hellen Markierungen des Kabels, das bis zu 5 Kilometer lang sein kann, befinden

sich die Hydrophone. Der Schwimmköper, den der Wissenschaftler in der Hand hält,

dient dazu, den Streamer in einer konstanten Wassertiefe treiben zu lassen.

(Quelle: M. Koch / Alfred-Wegener-Institut)

Mehrere Vibratorfahrzeuge fahren zur Erkundung des Untergrundes dicht hinterein-

ander her, bleiben in regelmäßigen Abstän-den stehen, setzen ihr Fahrzeuggewicht auf eine am Fahrzeugboden installierte Boden-platte und vibrieren anschließend mit ihrem Eigengewicht. Die so in den Boden gesende-

ten Signale werden von vorher ausgelegten Geophonen aufgezeichnet.

(Quelle: DMT GmbH & Co. KG)

Start des Hubschraubers mit angehängter Messsonde zur Kartierung der elektrischen

Leitfähigkeit des Untergrundes.(Quelle: BGR, Hannover)

Bei der passiven Seismik werden natürliche Erschütte-rungen und Erdbeben auf ganz ähnliche Weise ausge-wertet, um Informationen über geologische Störungen und Gesteinsgrenzen zu gewinnen oder um die Größe von Lagerstätten zu ermitteln.

Besonders intensiv werden seismische Verfahren bei der Suche nach Rohstoffen unter dem Meeresboden eingesetzt. Hier werden die Sensoren, auch Hydrophone genannt, an langen Schläuchen hinter einem Schiff her-gezogen. Hochdruckkanonen, die Luftpulse direkt in die Wasserstände abgeben, erzeugen dann Schallwellen, die in die Sediment- und Gesteinsschichten des Untergrun-des eindringen und reflektiert werden. So lassen sich auch in großen Wassertiefen Informationen über Öl-, Gas- oder andere Rohstoffvorkommen ermitteln.


Bei geoelektrischen Messungen wird Strom über Metallspieße in den Boden geleitet. Dieser breitet sich dann im Untergrund entlang des geringsten elek-trischen Widerstandes aus. Da der Stromfluss im Untergrund ein elektromagnetisches Feld erzeugt, kann an der Oberfläche eine Spannung gemessen wer-den, die direkt dem jeweiligen Stromfluss im Untergrund zu-geordnet werden kann. So sind Aussagen über die elektrische Leitfähigkeit der verschiedenen Gesteine oder wasserführen-den Schichten möglich. Mit Hilfe dieser Messungen können auch

Geoelektrische Messungen

Die roten Steuerboxen sitzen auf dem oberen Ende der Metall-spieße, über die der Strom in den Boden eingebracht wird. Mit

den Kabelverbindungen werden sowohl der Messstrom als auch die Messdaten transportiert.

(Quelle: DMT GmbH & Co. KG)

Süß- und Salzwasserhorizonte voneinander unterschieden und Erzkörper identifiziert werden.Moderne Verfahren bringen un-terschiedliche Stromfrequenzen in den Boden ein. Auf diese Weise können zusätzlich zum spezifischen Widerstand auch richtungsabhängige Effekte der Leitfähigkeit oder elektrische Speichereffekte des Untergrun-des untersucht werden. Das ermöglicht sogar die Bestim-mung einer Gesteinsart im Un-tergrund.


Die unterschiedlichen magne-tischen Eigenschaften von Me-tallen ermöglichen die Suche nach Rohstoffen mit Magnet-feldmessungen. Dabei können nicht nur Erze, sondern auch solche Gesteinsarten voneinan-der unterschieden werden, die unterschiedliche Eisengehalte aufweisen.Moderne Sensortechnik erlaubt es inzwischen, Metallanreiche-rungen mit Hubschraubern oder Flugzeugen aus der Luft oder sogar von Satelliten aus aufzu-finden.

Magnetfeld-messung Gravimetrie

Die Kartierung des Magnetfeldes in unweg-samen Gelände wird mit tragbaren Geräten

durchgeführt. Zusätzlich ist diese Messtech-nik mit einem GPS-Empfänger ausgestattet, so dass alle Messungen einem genauen Ort

zugeordnet werden können. Die hier gezeig-ten Messungen wurden über unterirdischen

Kohlefeuern in Nordchina durchgeführt.(Quelle: DMT GmbH & Co. KG)

Ein Gravimeter zur hochgenauen Aufzeichnung des Schwerefeldes über einem Kalibrierungspunkt.

Diese Messungen werden benötigt, um zum Beispiel Schwerefelddaten, die mit Satelliten gewonnen werden,

zu eichen, also auf ein vergleichbares Messniveau zu bringen. Das Gravi-

meter muss hierzu über mehrere Stunden kontinuierlich das

Schwerefeld messen.(Quelle: DMT GmbH & CO. KG)

Die Schwerkraft eines Objektes hängt von der Masse des Körpers ab. Sie ist umso größer, je dichter das Objekt ist. Deshalb variiert das Schwerefeld der Erde in Abhän-gigkeit der jeweiligen Gesteinsart im Untergrund und es lassen sich mit gravimetrischen Messungen unter-schiedliche Gesteinskörper kartieren. Auch dieses Ver-fahren lässt sich aus der Luft mit Flugzeugen und von Satelliten aus anwenden und wird insbesondere bei der Suche nach Diamanten und größeren Erzkörpern ge-nutzt.


Moderne geophysikalische Er-kundungsverfahren geben zwar Hinweise auf Lagerstätten, aber erst eine Bohrung lässt genaue Schlüsse über das Gesteinsma-terial zu. Mineralogische und chemische Analysen des beim Bohren geförderten Gesteins ge-ben Aufschluss über die Reinheit und Konzentration des gesuch-ten Rohstoffes. Erst dann kann entschieden werden, ob sich ein Abbau lohnt. Die heutige Bohrtechnik erlaubt nicht nur horizontale oder ver-tikale Bohrungen. Bohrlöcher können inzwischen auch abge-lenkt und um Hindernisse her-umgelenkt werden.

Allerdings sind Bohrungen teuer. Eine 5.000 Meter tiefe Bohrung kostet ungefähr 7 bis 12 Milli-onen Euro, mit zunehmender Tiefe steigen die Kosten über-proportional. Bohrungen sind außerdem für die Förderung von Rohstoffen wie Erdöl und Erdgas notwendig. Die im Untergrund durch die Gesteinslast unter hohem Druck stehenden Roh-stoffe werden dabei meist von allein durch das Bohrloch an die Oberfläche gedrückt. Erdöl- und Erdgasbohrungen reichen heu-te oftmals in mehrere tausend Meter Tiefe und zwar sowohl auf dem Festland als auch auf dem Meeresgrund.

Bohrungen

Das Bild zeigt einen Bohrkern, der dem Bohrkopf entnommen werden

kann. Die vier »Zahn-Kegel« rotieren bei der eigentlichen Bohrung und zerkleinern so das Gestein. In der

Mitte hingegen wird eine Kernboh-rung ausgespart, die anschließend

von den Wissenschaftlern untersucht werden kann.

(Quelle: GFZ, Potsdam)

Das InnovaRig wurde am Deutschen GeoForschungsZentrum in Zusam-

menarbeit mit Industriepartnern ent-wickelt und ist eine der modernsten

Bohranlagen. Hiermit kann bis in eine Tiefe von 5.000 Meter gebohrt werden.

(Quelle: GFZ, Potsdam)


Rohstoffe an der Oberfläche werden im Tagebau gefördert - auch der Steinbruch ist dem-nach ein Tagebau. Lagern Roh-stoffe in größeren Tiefen, werden sie mit Schächten und Stollen in einem Bergwerk erschlossen. In Deutschland werden Steine, Er-den und Braunkohle im Tagebau abgebaut. In den Braunkohle- revieren kommen die markan-ten, bis zu 240 Meter langen und 100 Meter hohen Schaufel-radbagger zum Einsatz. Manche dieser Maschinen sind so kom-plex, dass sie von 5 Baggerfüh-rern gleichzeitig gesteuert wer-den müssen.

Berg- und Tagebau

Der größte Tagebau der Welt ist das Kupferbergwerk Chuquicamata im Norden von Chile. Er umfasst eine Flä-che von fast 13 Quadratkilometern und reicht etwa 850 Meter tief.

Für den unterirdischen Abbau von Rohstoffen werden Stollen und Schächte in den Untergrund gebohrt. An-schließend müssen alle Maschinen zerlegt in Förder-körben in die Schächte gebracht werden. Erst untertage werden die Bagger, Lastwagen und andere Fahrzeuge wieder zusammengebaut. Die eigentliche Grabung er-folgt mit Bohrhämmern, Sprengungen oder sehr spezi-ellen Maschinen wie dem Kohlehobel oder der Schräm-maschine.In Deutschland werden heute untertage vor allem Stein-kohle und Salz, früher wurden auch Erze abgebaut.

Die tiefsten Bergwerke reichen etwa 4.000 Meter in den Untergrund. In Südafrika wird Gold unter anderem im TauTona Bergwerk aus diesen Tiefen gefördert.

Der größte Schaufelradbagger der Welt ist der Bagger 288, der

derzeit im Tagebau Garzweiler (Nordrhein-Westfalen) eingesetzt

wird. Er wiegt so viel wie 13.000 Autos und transportiert am Tag

ein Erdvolumen von etwa 240.000 Tonnen Gestein und ersetzt damit

rund 40.000 Arbeiter. Er ist mit etwa 45.000 Tonnen Eigengewicht

nur ein wenig leichter als das 1912 gesunkene Passagierschiff

»Titanic« (46.328 Tonnen). (Quelle: Krupp Galerie/ carsbase)

Mit der Schrämmaschine wird die kohleführende Schicht (Flöz)

abgehobelt und direkt über ein Fließband wegtransportiert. Durch hydraulische Stützen und Pressen

wird die Maschine nach jedem Durchgang wieder an den Flöz

angepresst, so dass der Vorgang wiederholt werden kann bis

die kohleführende Schicht ausgefördert worden ist.

(Quelle: D. Schopphoff)


Weil Rohstoffpreise steigen und Ressourcen knapper wer-den, wird in vielen Staaten über den Abbau mariner Rohstoffe nachgedacht. Manganknollen bestehen schließlich nicht nur aus Mangan, Eisen, Kupfer und Kobalt, sondern sie enthalten auch eine Reihe von seltenen Metallen wie Indium und Tellur. Bereits 1978 wurde im Pazifik durch ein internationales Kon-sortium ein Abbauverfahren für Manganknollen getestet. Da-mals unwirtschaftlich, könnten sich solche Abbauverfahren we-gen der hohen Rohstoffpreise heute aber lohnen. Deutschland

Mariner Bergbau

hat sich zur Prüfung dieser Mög-lichkeit zwei Gebiete im Zen- tralpazifik gesichert. Allerdings müssen zunächst geeignete Förder- und Aufbereitungstech-niken entwickelt und erprobt werden .

Marine Technik (Subsea-Crawler/Unter-wasser-Krabbler) zur Bergung und

Beprobung von Manganknollen oder Erzen am Ozeanboden. Das Gerät kann

auch genutzt werden, um andere marine Bergbautechnik zu installieren.

(Quelle: Bosch Rexroth)

Die Areale W und E, die sich die Bundes-regierung im Zentralpazifik gesichert hat,

liegen im sogenannten Manganknollengürtel. In diesen Gebieten untersuchen Geowissen-

schaftler wie sich Manganknollen bilden, wie sie in das marine Ökosystem eingebunden

sind und welche Technologien notwendig sind, um Manganknollen zu bergen.(Quelle: Lage der Felder nach BGR)


Der Bergbau in Deutschland ist fast 4.500 Jahre alt. Damals wurde in Mitteldeutsch-land erstmals Kupfer abgebaut. Noch älter ist die Geschichte des Kupferbergbaus im Iran, wo er sich 6.500 Jahre weit zurückver-folgen lässt. Abgebaut wurden anfänglich al-lerdings keine Erze, sondern nur gediegene Metalle, also solche, die in der Natur in rei-ner Form vorkommen. Dazu gehören Kup-fer, Silber und Gold. Zunächst machte man daraus Schmuckstücke. Aber bereits in der Bronzezeit (2.200 bis 800 v. Chr.) entstanden die ersten Waffen aus einem Gemisch aus Kupfer und Zinn, der Bronze eben.Im Mittelalter begann der Bergbau in Deutschland aufzublühen, als zunächst in Bayern Kupfer gewonnen wurde. Später folgte dann im Harz der übertägige Ab-bau von Silber, Blei, Kupfer und Zink. Aber auch im Schwarzwald wurden seit dem

Deutsche Bergbaugeschichte

14. Jahrhundert Silber, Blei, Zinn und Kupfer gefördert. Im Erzgebirge wurde mit dem Silberbergbau begonnen. Abgebaut wurden Erze über mehrere hundert Jahre bis 1990, als die meisten Bergwerke aus wirtschaftlichen Gründen geschlossen wurden.

Das Aachener Revier gilt als das älteste Steinkohlenre-vier Europas. Vieles deutet darauf hin, dass bereits Kel-ten und Römer diese Steinkohle nutzten. Im Zwickauer Raum wurde die Steinkohle vermutlich ebenfalls schon im 10. Jahrhundert gewonnen. Durch die Industrialisie-rung und wegen des Baus vieler Eisenbahnen stieg der Bedarf an Steinkohle in der zweiten Hälfte des 18. Jahr-hunderts rasant an.

Der Beginn des modernen Bergbaus und der Metallur-gie, also der Entwicklung von Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung von Metallen begann im 16. Jahrhun-dert. Bereits 1530 veröffentlichte der Universalgelehrte Georgius Agricola sein Standardwerk über die Suche und Aufbereitung von Erzen, weshalb er als »Vater des mo-dernen Bergbaus« bezeichnet werden kann.

Diese vier Abbildungen der Bergbaulandschaft und des bergmännischen Lebens entstanden um 1521, wahrscheinlich durch den Maler Hans Hesse. Die Bilder, die auf der Rückseite des

Annabergers Bergaltars zu finden sind, zeigen die zur Gewinnung von Silber notwendigen Prozesse. In der Haupttafel (Mitte oben) sind Schächte und Stollen sowie unterschiedliche

Berufe im Bergbau dargestellt. Auf den Nebentafeln sind die Silberwäsche (Mitte unten), die Aufbereitung durch Aufschmelzen (links) sowie die Münzer (rechts) zu sehen.

(Quelle: Hans Hesse, Künstler)


Über Jahrhunderte hinweg suchten die Menschen mit einfa-chen Mitteln, wie dem Hammer oder der Hacke, nach geologi-schen Rohstoffen. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts kamen auch Messgeräte zum Einsatz. Bis dahin war zum Beispiel die Erdölexploration allein auf die Ergebnisse von Probebohrungen angewiesen. Doch das Aufspü-ren von Lagerstätten im Unter-grund durch Bohrungen war eher Zufall und damit aufwendig und kostspielig.

Deutsche Montantechnologie

Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelte der deutsche Geo-physiker Ludger Mintrop die Grundprinzipien für die seismi-sche Erkundung. Gemeinsam mit einigen der damals großen deut-schen Montankonzerne grün- dete er die Seismos GmbH. Die-ses Unternehmen war lange Zeit weltweit führend bei der Suche nach Rohstoffen.

Die erste Sprengung zur seismischen Rohstoff-Prospektion durch die Seismos GmbH im Jahr 1923 im amerikanischen

Bundesstaat Oklahoma markiert den Beginn der industriel-len Erkundung nach Rohstoffen, da mit Hilfe der erzeugten

seismischen Wellen Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Untergrundes gemacht werden konnten.

(Quelle: Gerhard Keppner)


Die Rohstoffe müssen zunächst aufbereitet werden, bevor sie in der Industrie verarbeitet werden können. So liegt beispielsweise Kupfer nicht immer rein vor, also gediegen, sondern es ist zumeist mit anderen Metallen, Schwefel, Oxiden und Salzen fein verteilt im Gestein vorhanden. Um das Erz vom Gestein zu trennen, wird es als erstes in einem Bre-cher grob zerkleinert. Taubes Gestein, also Gestein ohne oder mit nur geringen Erzkonzentra-tionen, wird entfernt und kommt auf eine Deponie oder eine Ab-raumhalde. Das Erz wird hin-gegen in einem zweiten Schritt

Gesteinsaufbereitung –Brechen und Mahlen

in einer Kugelmühle zu feinem Staub zermahlen.Bei der Aufbereitung von Roh-stoffen, zur Gewinnung von Blei und Gold oder anderer schwerer Metalle, wird der Staub in einem weiteren Schritt in fließendes Wasser gegeben und ausgewa-schen. Die leichten Bestandteile werden vom Wasser abtrans-portiert, die schweren sinken schnell zum Boden der Wasch-trommeln, sammeln sich dort an und können aufgefangen und weiterverarbeitet werden.

Die gewaltige Kugelmühle eines Gold-

bergwerkes in Namibia - im Inneren dieser Mühle zerschlagen extrem harte

Stahlkugeln das Gestein zu feinem Mehl. (Quelle: AngloGold Ashanti)


Bei der Flotation wird das Ge-steinsmehl mit Wasser und verschiedenen Chemikalien ver-mischt. Anschließend wird Luft in das Gemisch gepumpt. Die im Gesteinsmehl enthaltenen Erz- partikel heften sich an die Bla-sen und werden an die Ober-fläche transportiert. Die beige-mischten Chemikalien sorgen dafür, dass sich die Luftblasen nicht wieder auflösen. Das ent-stehende Erzkonzentrat wird ab-schließend abgeschöpft. Dieses Verfahren wird insbesondere bei der Aufbereitung von Blei, Zink und Kupfer eingesetzt.

Flotation und Verhüttung

Bei der Verhüttung wird schließ-lich aus den Erzkonzentraten der eigentliche Rohstoff gewon-nen. Wegen der unterschiedlichen Schmelztemperaturen der Gesteinsbestandteile lösen sich diese beim Schmelzen der Ge-steinsmasse nach und nach. Schließlich wird der jeweili-ge Rohstoff in geschmolzener Form aufgefangen und in Barren gegossen.

Flotationsanlage bei Murmansk (Russland) zur Gewinnung

von Magnesit und Eisen.(Quelle: CETCO)

Eisen wird mehrfach aufge-schmolzen, um einen mög-

lichst hohen Reinheitsgrad zu erhalten. Diese Aufnahme zeigt

die Gießerei von A. Finkel and Sons in Chicago (USA).

(Quelle: Adam McCormick)

Luftblasen, die mit Kupfersulfid beladen sind, können im Prozess

der Flotation abgeschöpft werden.(Quelle: Geomartin)


Die Biolaugung ist ein Verfah-ren, mit dem weltweit immer häufiger Erz aufbereitet wird. Dabei kommen solche Mikroor-ganismen zum Einsatz, die das Erzmaterial in lösliche Salze umwandeln. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Ener-gieaufwand relativ gering ist und kaum Abgase oder ande-re Schadstoffe entstehen. Ne-ben Kupfer werden auch Zink, Nickel, Kobalt, Gold und Uran durch Biolaugung gewonnen.

Biolaugung und chemische Laugung

Mittlerweile wird etwa ein Vier-tel des Kupfers weltweit auf diese Weise gewonnen. Daneben gibt es auch eine rein chemi-sche Laugung. So werden zum Beispiel durch den Zusatz von Schwefelsäure bei der Herstel-lung von Zink Verunreinigungen mit Eisen ausgeschieden.

Eine Anlage zur Laugung von Zink in Finnland (Quelle: New Boliden)


Sind die Lagerstätten in einem Tagebau erschöpft, müssen die offenen Bergwerke in Deutsch-land zu naturnahen Lebens-räumen für Lebewesen und Pflanzen rekultiviert werden. Da Abraumhalden zumeist für die Landwirtschaft nicht mehr genutzt werden können, werden hier Wälder, Busch- und Grasflä-chen angelegt. Tagebaulöcher, die nicht wieder verfüllt werden können, werden mit Wasser ge-flutet, so dass eine Seenland-schaft entsteht. Flächen, die mit dem Abraum aufgeschüttet

Rekultivierung

werden, können wieder als land-wirtschaftliche Nutzflächen oder Bauland freigegeben werden.

Die Rekultivierung von ausgeför-derten Tagebauregionen ist ein wichtiger Bestandteil der Roh-stoffpolitik in Deutschland. So sind zum Beispiel in den Jahren 1993 bis 2003 rund 9 Milliarden Euro in die Rekultivierung der Tagebaulandschaften in Ost-deutschland investiert worden.

Die Rekultivierung einer ausgeförderten Tagebauregion –

links während des Förderbetriebs, rechts nach der Rekultivierung

(Quelle: RWE, Tagebau Garzweiler (Nordrhein-Westfalen), historischer Ortskern von Kaster)

WERTVOLLE ERDE 51ROHSTOFFE, RESSOURCEN, RESERVEN, VERBRAUCH UND FÖRDERMENGEN50 WERTVOLLE ERDE

Rohstoffe sind unbearbeite-te, in der Natur vorkommende Stoffe, die abgebaut, gefördert und weiterverarbeitet werden. Mit dem Begriff »Reserve« be-schreibt man, wie viel von dem jeweiligen Rohstoff noch vor-handen und mit verfügbaren Methoden wirtschaftlich abbau-bar ist. Unter einer »Ressour-ce« versteht man stattdessen die größtmögliche zur Verfü-gung stehende Menge eines Rohstoffes. Oftmals wird Res-source auch mit der Element-häufigkeit gleichgesetzt. Anga- ben von Ressourcen und Re-serven für einen bestimmten

Vorrat an geologischen Rohstoffen

Reserven sind diejenigen Vorräte, die mit vorhandener Technologie wirtschaftlich abgebaut werden können.

Ressourcen schließen auch Vorräte ein, die möglicherweise zukünftig rentabel gewonnen werden können.

Rohstoff können oftmals erheb-lich voneinander abweichen, da Berechnungen von Ressourcen auch Vorräte einschließen, die mit heutiger Technik (noch) nicht gefördert werden können. Ressourcen und Reserven sind keine konstanten, festen Grö-ßen, sondern unterliegen im-mer wieder Neubewertungen. Werden neue Vorkommen ge-funden, effizientere Fördertech-niken entwickelt oder bisher ungenutzte Lagerstätten durch Preisänderungen wirtschaftlich rentabel, ändert sich auch die Menge an Reserven. Außerdem ändern sich diese Werte, wenn der tatsächliche Verbrauch die Annahmen erheblich übersteigt.

ROHSTOFFE RESSOURCEN RESERVENVERBRAUCH UND FÖRDERMENGEN


Zwar gilt Deutschland als roh-stoffarmes Land, dennoch ver- fügt es über relativ große Vor-kommen an Braunkohle, Kali- und Steinsalz sowie über Steine und Erden für die Bauindus-trie. Aber selbst Erdöl und –gas werden in Deutschland geför-dert. Die Vorkommen liegen hauptsächlich in Norddeutsch-land und in der Nordsee. Viele geologische Rohstoffe sind heute nicht mehr oberflächen-nah zu finden, sondern müssen aufwendig aus großen Tiefen gefördert werden. Ob eine La-gerstätte erschlossen und ab-gebaut werden soll, hängt allein von der Wirtschaftlichkeit ab. In diese Größe gehen die Vorrats-menge, der Durchschnittsgehalt

Rohstoffsituation in Deutschland

des Erzes, der Aufwand der Erschließung und För-derung des Rohstoffes sowie die Aufbereitungs- und Transportkosten ein. Auch Kosten für Umweltschutz-auflagen, wie der Grundwasserschutz und anschlie-ßende Rekultivierung, werden mit einbezogen.

Aus diesem Grund spielt derzeitig der Erzabbau in Deutschland kaum mehr eine Rolle, allerdings könn-ten steigende Rohstoffpreise dazu führen, dass auch hierzulande einige Bergwerke wieder geöffnet werden. Wichtige Erzvorkommen befinden sich im Harz, im Sau-erland, im Erzgebirge, im Thüringer Wald, im Schwarz-wald und im Bayerischen Wald sowie im Lahn-Dill-Gebiet in Hessen und im Siegerland in Südwestfalen. Wie in den meisten Bergwerken wurde der Erzabbau beispielsweise am Rammelsberg (bei Goslar im Harz) nach über tausend Jahren des Bergbaus im Jahr 1988 eingestellt.

Karte der Verteilung der wichtigsten Rohstofflagerstätten in Deutschland

(nach: BGR, DERA)

EisenWeitere ErzeSalzeGold, SilberBraunkohleSteinkohleErdgasErdöl


In Deutschland wurden im Jahr 2010 fast 170 Millionen Tonnen Braunkohle gefördert, die zu 90 % in Kraftwerken zur Strom-erzeugung eingesetzt wurde. Die deutsche Steinkohleförderung deckt hingegen nur noch weni-ger als ein Viertel des Bedarfs. Da die Einfuhr der Steinkohle preiswerter ist als die heimi-sche Förderung, sind inzwischen viele Bergwerke im Ruhrgebiet und Saarland geschlossen oder schließen in den nächsten Jah- ren.

Fördermengen heimischer Rohstoffe

Eine Band-Sammelanlage im Braunkohlerevier Hambach (Nord-rhein-Westfalen): An den Sammelstellen kommen Förderbänder

der verschiedenen, in einem Revier eingesetzten Schaufel-radbagger zusammen. Das geförderte Material wird hier auf

Güterzüge verteilt und zur Weiterverarbeitung abtransportiert.(Quelle: RWE Power)

Die deutschen Erdölreserven werden mit etwa 36 Milli-onen Tonnen und die Erdgasvorräte mit 146 Milliarden Kubikmetern beziffert. Da allein der jährliche Erdgas-verbrauch in Deutschland bei rund 100 Milliarden Kubik-metern, der Erdölbedarf bei 109 Millionen Tonnen liegt, müssen beide Rohstoffe in großen Mengen importiert werden.Metallische Rohstoffe werden in unserem Land kaum noch gefördert. Allerdings könnte sich der Abbau wieder lohnen, wenn die Rohstoffpreise weiter steigen.

Steine und Erden werden in Deutschland genauso wie Salz in großen Mengen gefördert und sogar exportiert. So wurden im Jahr 2010 über 3 Millionen Tonnen Kali- und fast 20 Millionen Tonnen Steinsalz abgebaut. Kein anderes Land der EU fördert derzeit mehr.


Das radioaktive Uran kommt in der Natur beispielsweise als Pechblende vor. Es wird heute in hochangereicherter Form in Brennstäben zur Stromerzeu-gung in Kernkraftwerken benö-tigt. Bereits im 19. Jahrhundert wurde Uran in einigen erzgebir-gischen Gruben als Nebenpro-dukt für die Farbenherstellung gewonnen. In Joachimsthal er- reichte der Abbau frühzeitig industrielle Ausmaße. Die bei-den französischen Nobelpreis-träger Marie und Pierre Curie nutzten große Mengen von Auf-

Urangewinnung in Deutschland

Das Bild zeigt zwei Erzgänge aus dem Erzgebirge in denen Uran vorkommt: (links) Gang mit Quarz, Kalzit und violetten Fluorit

sowie (rechts) Karbonat (kalziumreiches Gestein) und Goethit (eisenreiches Mineral).

Die Gänge sind über 100 Mio. Jahre alt. (Quelle: Geomartin)

Pechblende aus dem sächsischen Erzgebirge: aus diesem Gestein kann

Uran gewonnen werden. (Quelle: Geomartin)

bereitungsrückständen aus Joachimsthal für ihre Ent-deckung der beiden radioaktiven Elemente Polonium und Radium. Neben der Radiumgewinnung zur Farben-herstellung wurden radioaktive Wässer aus den Gruben zum Aufbau eines bis heute andauernden Kurbetriebes genutzt. Nach dem 2. Weltkrieg wurde in Ostdeutschland Uran industriell abgebaut. Bis 1990 gewann man über 230.000 Tonnen Uran, das in aufbereiteter Form hauptsächlich in der sowjetischen Atomindustrie verwendet wurde. Ungenutzte Vorkommen gibt es auch im Bayerischen Wald und im Schwarzwald. Sie wurden aber nur ver-suchsweise und nie im industriellen Maßstab abgebaut. Australien, Kanada und Russland sind heute die größten Förderländer für Uran.


Damit der enorme Energie- und Kraftstoffbedarf Deutschlands gedeckt werden kann, wurden im Jahr 2010 über 93 Millionen Tonnen Mineralöl zumeist aus Russland, aber auch aus Groß-britannien und Norwegen ein-geführt. Darüber hinaus wurden mehr als 3,7 Terajoule Erdgas überwiegend aus Russland, Norwegen und den Niederlan-den importiert. Neben den Ener-gierohstoffen muss Deutschland auch Erze, Seltene Erden und sogenannte Eisen- und Stahl-veredler wie Chrom und Mangan einführen.

Weitere wichtige Einfuhrmetal-le sind Kupfer, Aluminium, Blei, Zink und Zinn. Fast eine Million Tonnen Kupfer werden jährlich zumeist aus Südamerika nach Deutschland eingeführt. Hinzu kommt ein erheblicher Netto- import von Elektroschrott, aus dem das Kupfer zurückgewon-nen wird. Darüber hinaus wer-den insgesamt mehr als 2,9 Mil-lionen Tonnen Aluminiumerze eingeführt sowie mehrere hun-derttausend Tonnen Blei, Zink und Zinn.

Einfuhr von Rohstoffen

Diese Karte zeigt die Hauptlieferanten

ausgewählter Rohstoffe. (nach: DERA)

KupferEisenManganSeltene ErdenErdölErdgasSteinkohleNickelZinnWolframZinkNiob


Sande, Kiese sowie verschiede-ne Natursteine sind diejenigen Rohstoffe, die am meisten be-nötigt und abgebaut werden. Sie finden Verwendung beim Bau von Straßen, Tunneln, Brücken, Gleis- und Hafenanlagen sowie Gebäuden. Sie werden außer-dem für die Zement-, Ziegel- und Keramikindustrie benötigt.

Darüber hinaus werden energie-tragende Rohstoffe wie Stein- und Braunkohle sowie Mineralöl und Erdgas in großen Mengen verbraucht. Statistiken der Bun-desanstalt für Geowissenschaf-ten und Rohstoffe belegen für Deutschland einen Rohstoff-bedarf von insgesamt über 800 Tonnen pro Kopf im Laufe eines im Durchschnitt 78 Jahre dau-ernden Lebens.

Verbrauch von Rohstoffen

In Deutschland werden die meisten geologischen Rohstoffe in der Baustoffindustrie verwendet. Hier gezeigt ist ein so

genannter Trockenschnitt mit Schaufelradbaggern, wie er in Kiesgruben in ganz Deutschland eingesetzt wird

(hier Kieswerk Ottendorf-Okrilla GmbH).(Quelle: F. Vollmer, TU Dresden)


Aus wirtschaftlichen Gründen reduzierten viele Industrienatio-nen die heimische Erzgewinnung erheblich oder stellten sie sogar völlig ein, da die Gewinnung und Aufbereitung von Erzen aufwen-dig und teuer ist. Viele metalli-sche Rohstoffe kommen heute aus China. Aufgrund von Liefer-engpässen und enormen Preis-steigerungen planen Länder wie Australien, Kanada und die USA,

ihre eigenen Lagerstätten neu zu erschließen. Auch in Deutsch-land, vor allem in Sachsen, wird wieder gezielt nach Seltenen Er-den gesucht.Diese Metalle wer-den insbesondere in der Hoch-technologieindustrie gebraucht.

Rohstoffverknappung und Versorgungsengpässe

Lagerhalden wie diese Kohleberge dienen nicht nur dazu, den reibungslosen Produktionsprozess zu gewährleisten –

sie dienen auch der Vorratshaltung.(Quelle: ThyssenKrupp)

WERTVOLLE ERDE 65BEDEUTUNG UND NUTZUNG VON ROHSTOFFEN64 WERTVOLLE ERDE

Geologische Rohstoffe sind für unseren Alltag sichtbar gewor-den und haben enorme Be-deutung für die verschiedenen Bereiche unseres Lebens. Mo-bilität und Energiegewinnung sind wohl die bekanntesten Anwendungsgebiete, aber auch der Haus- und Straßenbau, Ge-brauchsgegenstände im Haus-halt sowie die verschiedenen Produkte der Unterhaltungs-elektronik wären ohne geologi-sche Rohstoffe undenkbar.

Baustoffe, Glas- und Keramikindustrie

Für den Bau von Gebäuden, Brü-cken und Straßen werden zum Beispiel Steine, Zement, Ziegel und Asphalt benötigt. Feldspat, Tonminerale und Silikate sind beispielsweise für die Glas- und Keramikindustrie unverzichtbar. Alle diese Materialien werden in der Natur abgebaut und wach-sen nicht nach.

BEDEUTUNG UND NUTZUNG VON ROHSTOFFEN

Die Dresdner Frauenkirche ist aus sächsischem Sandstein erbaut, der aus

verschiedenen Steinbrüchen des Elbsand-steingebirges gewonnen wurde. Beispiels-

weise aus Rathen und Bad Schandau wurde das Gestein mit dem Schiff auf der

Elbe nach Dresden transportiert.(Quelle: S Hagebusch, fotolia)

Aus Ton oder auch Lehm wurden schon seit frühster Menschheitsgeschichte Ziegel

gebrannt. Auch das Holstentor der Hansestadt Lübeck ist aus Ziegelsteinen gemauert. Der Ton wurde aus nahegele-

genen Tongruben gewonnen. Das Dach des Tores hingegen ist mit Schiefer gedeckt,

der aus der Eifel stammt.(Quelle: kameraauge, fotolia)


Für jede Art der Energieerzeu-gung, auch bei regenerativer Energie, sind geologische Roh-stoffe notwendig. So werden fossile Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle in Kraftwer-ken oder als Treibstoff genutzt. Aus radioaktivem Material, wie Uran oder Plutonium, erzeugen Atomkraftwerke Strom.

EnergiegewinnungSeltene Erden und Kupfer wer-den in großen Mengen für die Herstellung von Windkrafträ-dern benötigt. Silizium ist der wesentliche Bestandteil von Solarzellen und um den Strom überhaupt transportieren zu können, werden für Strommas-ten und Leitungen Stahl und Kupfer verwendet.

Auch Bauschutt wird aufbereitet und wiederverwertet, allerdings muss

dieser zunächst zerkleinert werden. (Bildquelle: Kleemann GmbH)

In Umspannwerken wird der große Rohstoffbedarf für die Energiege-winnung deutlich: Isolatoren aus

Keramikprodukten, Leitungen aus besonderen Kupferlegierungen oder

die Infrastuktur aus Stahl und Beton.(Quelle: A. Teich/ 50Hertz)


Metall, Halbmetall, Nichtmetall, Leiter, Halbleiter, Nichtleiter, magnetisch, korrosions- und temperaturbeständig sind nur einige Beispiele für Materialien und Eigenschaften von geolo-gischen Rohstoffen, die für die Verwendung in der Industrie von enormer Bedeutung sind. Diese sehr unterschiedlichen Eigenschaften beeinflussen die verschiedenen Funktionen und Leistungen von Bauteilen bei-spielsweise in der Elektrotech-nik.

Elektroindustrie, Fahrzeug- und Maschinenbau

Für den Fahrzeug- und Maschinenbau spielt Stahl eine ganz wichtige Rolle. Natürlich gibt es unterschiedliche Verfahren und Qualitäten, aber immer ist Eisenerz der wichtigste Grundstoff, der durch Zugabe verschiedener Elemente - die Stahlveredler - ganz unterschiedliche Materialeigenschaften bekommt. So wird Chrom zuge-geben, um die Härte und Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, Wolfram verbessert die Hitzebeständigkeit und die Zugabe von Niob und Vanadium steigert die mecha-nische Widerstandsfähigkeit des Stahls.

Moderne Fahrzeuge bestehen zu rund 60 % aus Aluminium, 30 % Stahl und zu circa 10 % aus anderen Rohstoffen.

(Quelle: Stefan Warter/Audi AG)


Metalle der Seltenen Erden wurden zunächst nur in selten vorkommenden Mineralen ge-funden, woher auch ihr Name stammt. Sie sind zwar nicht selten, kommen aber nur in so geringen Konzentrationen als Beimischungen vor, dass sich der Abbau oftmals wirtschaft-lich nicht lohnt. Dennoch sind die Seltenen Erden heute in vielen Industriezweigen äußerst wichtig. Beispielsweise ist die dauerhafte Magnetisierung von Eisen besonders stark, wenn Seltene Erden wie Neodym und Praseodym zugegeben werden. Solche Permanentmagnete kommen in Windkrafträdern und

Besondere Bedeutung der Seltenen Erden

Zehn der insgesamt siebzehn Elemente der Seltenen Erden-Gruppe

(Quelle: Seltenerdmetalle24)

Dysprosium, Holmium, Erbium, Yttrium, Praseodym, Lutetium, Lanthan, Neodym,

Terbium, Scandium (v. li. n. re.)

Elektromotoren, aber auch in leistungsfähigen Lautsprechern und Mikrofonen zum Einsatz. Darüber hinaus werden Seltene Erden in Plasma- und LCD-Bild-schirmen, in der Glas- und Ke-ramikindustrie sowie in Hybrid-autos und Abgaskatalysatoren verarbeitet.

Seltene Erdmetalle stammen heute überwiegend aus China und der Mongolei, aber auch in Sachsen gibt es Vorkommen, deren Abbau sich bei steigenden Preisen lohnen könnte.


Kieselerde und Kalzit werden in Zahnpasta, Cremes und als Schleifmittel für die Haut ver-wendet. Das Mineral Glimmer sorgt, wie der Name sagt, in Cremes und Makeup für Schim-mer- und Glanzeffekte. Auch Rohöl ist häufiger Bestandteil von Cremes, Lotionen, Ölen und Wachsen.Abgesehen von Bleistift und Kreide werden geologische Roh-stoffe für die Färbung von Stiften und Farben benötigt.

Kosmetik, Keramik, Farben und Düngemittel

Zinnober und Eisenoxid färben rot, Azurit und Kobalt blau und Titanverbindungen braucht man für die Herstellung von weißer Farbe.

Mineralpulver ist das Ausgangsmaterial für viele Farbstoffe. Schwefel, Blei, Kupfer oder auch Titan werden beispielsweise

für die Herstellung von Farben eingesetzt.(Quelle: Eve Organics)


Geologische Rohstoffe werden nach Gebrauch zunehmend in den Kreislauf zurückgeführt und wiederverarbeitet. Hierzu zählen nicht nur Plastik, Glas und Bau-schutt, sondern inzwischen auch Elektroschrott, aus dem metalli-sche Rohstoffe vergleichsweise einfach zurückgewonnen wer-den können. Viele andere geologische Roh-stoffe sind allerdings erheblich schwieriger oder gar nicht rück-gewinnbar, da sie durch Produk-tions- und Weiterverarbeitungs-prozesse zum Teil erheblich

verändert worden sind und sich dies nicht durch Schmelzen oder chemische Trennung rückgängig machen lässt. Dennoch werden ständig neue Verfahren entwi-ckelt, um die ganz unterschied-lichen Elemente und Minera-le wieder zurückzugewinnen. Selbst bei den Seltenen Erden gibt es Ansätze der Rückgewin-nung aus Leuchtstoffröhren.

Recycling und Wiederverwertung

Bevor der eigentliche Recyclingprozess starten kann, ist viel Handarbeit gefragt. Akkus und

Kunststoffgehäuse, aber auch Glas werden von metallischen Bauteilen getrennt und separat

aufbereitet und verwertet.(Quelle: Telekom)

In großtechnischen Recyclinganlagen werden anschließend die Elektro-

altgeräte vollautomatisch zerkleinert und Rohstoffe voneinander getrennt.

(Quelle: Telekom)


Der Recyclingprozess für Me-talle aus Elektrogeräten erfolgt in ähnlicher Weise wie die ur-sprüngliche Aufbereitung der Erze. Zunächst einmal werden Glas, Kunststoffgehäuse, Akkus und Platinen soweit möglich voneinander getrennt. In einem weiteren Arbeitsschritt werden die Komponenten geschreddert. Danach werden metallische Be-standteile mit Magneten aussor-tiert. In weiteren Schritten lassen sich Aluminium, Kunststoffe und Platinen, die nicht-magnetische Metalle enthalten, voneinander

trennen. Letztere werden in einem Ofen unter Zugabe von Sauerstoff geschmolzen. So reagieren beispielswei-se Blei und Zink im flüssigen Zustand relativ schnell mit dem Sauerstoff und können abgetrennt und zu Barren gegossen werden. Die restliche Schmelze wird eben-falls in Formen gegossen. Die darin enthaltenen Metalle können nacheinander durch weitere chemische, thermi-sche und elektrolytische Verfahren voneinander getrennt werden. So lassen sich Kupfer, Silber, Platin, Nickel und auch Gold rückgewinnen. Da sie ihre ursprünglichen Ei-genschaften nicht verloren haben, können sie wie der ursprüngliche Primärrohstoff verwendet werden.

Rückgewinnung metallischer Rohstoffe

Durch das Recycling z. B. von Elektroschrott werden wertvolle Rohstoffe wie Kupfer oder

andere Metalle wieder für neue Technikprodukte brauchbar. Ein wichtiger Schritt im Recycling-

prozess ist die magnetische Separierung von Metallen - hier Kupfer.

(Quelle: Alba Group)

Schließlich werden die metallischen Komponenten als wertvolle Rohstoffe in die Produktion neuer Geräte zurückge-führt. Rohstoffe, die aus dem Recycling

gewonnen werden, nennt man Sekun-därrohstoffe. Sie werden in Barren

gegossen oder als Folie gewalzt und können dann wieder verwertet werden.

(Quelle: ThyssenKrupp)

WERTVOLLE ERDE 79GEOENERGIE UND NUTZUNG DES UNTERGRUNDES78 WERTVOLLE ERDE

Energie ist die Triebkraft der modernen Gesellschaft. Ohne Wasserkraft hätten unsere Vor-fahren kein Getreide mahlen, ohne Feuer nicht kochen kön-nen, aber erst durch die Nutzung fossiler Brennstoffe zur Energie-erzeugung wurde die Industria-lisierung möglich. Zwar werden auch heute noch Öl, Gas, Uran und Kohle für die Energieerzeu-gung genutzt, aber in zuneh-mendem Maße kommen auch

Alternativen dazu in Betracht, wie die Wind- und Sonnenener-gie. Auch Wasserkraft und geo-thermische Energie gewinnen zunehmend an Bedeutung.

GEOENERGIE UND NUTZUNG DES UNTERGRUNDES

Solarthermische Kraftwerke können beispielsweise Energie erzeugen. Dabei wird über Sonnenspiegel Wasser in Dampf umgewandelt, der eine

Turbine antreibt. Doch um die Effizienz solcher Anlagen möglichst hoch zu halten, bestehen besondere Anforderungen an das Material. So müssen die Spiegel zum Beispiel allen Wettereinflüssen standhalten, dürfen sich nicht

bei Temperaturschwankungen verziehen und müssen die unter Umständen entstehenden enormen Temperaturen aushalten. Das Bild zeigt die solar-

thermische Anlage Nevada Solar One bei Boulder City in Colorado.(Qelle: Siemens)


Als Geothermie wird die Nutzung der Erdwärme bezeichnet, die in der obersten Erdkruste gespei-chert ist. Dabei gibt es unzäh-lige Verfahren und Methoden, um diese Wärme brauchbar zu machen. Zwei Grundprinzipien lassen sich unterschieden: die Wärme aus dem Untergrund wird in Wärmepumpen direkt ge-nutzt, um beispielsweise Gebäu-de oder Schwimmbäder zu hei-zen oder sie wird zur Erzeugung von Strom eingesetzt.

GeothermieMit Hilfe jener geophysikalischen Verfahren, mit denen man Rohstoffvorkommen im Untergrund sucht, las-sen sich auch Zonen erhöhter Wärme in der Erdkruste identifizieren. Sie kommen später möglicherweise als Standorte für Geothermiekraftwerke in Betracht. Viele Häuser werden bereits mit Erdwärme beheizt. Für die industrielle Nutzung sind allerdings die geothermi-schen Lagerstätten in Deutschland oftmals nicht warm genug. Im Oberrheingraben und der Region um Urach, südlich von Stuttgart, ist etwa 100 Grad Celsius warmes Wasser in einer Tiefe von knapp 1.000 Metern zu finden.

In anderen Regionen der Welt wird geothermische Energie schon lange intensiv genutzt. In Island wird bei-spielsweise aus Erdwärme Strom erzeugt, wo bereits heute schon ein Fünftel des Stroms in Geothermiekraft-werken produziert wird.

Das größte Geothermalkraftwerk Islands wandelt bei einer derzeitigen Bruttoleistung von

120 Megawatt Erdwärme in elektrische Energie um.(Quelle: G. Ivarsson)


Der größte Teil des in Deutsch-land benötigten Erdgases wird importiert und dann gelagert. Dazu gibt es zurzeit 47 Speicher mit einem Gesamtvolumen von etwa 21 Milliarden Kubikme-tern. Es gibt in unserem Land zwei Typen von unterirdischen Gasspeichern: Bei Porenspei-chern handelt es sich um aus-gebeutete Erdgaslagerstätten in porösen Sandsteinen. Kavernen-speicher sind natürliche oder künstliche Hohlräume beispiels-weise in Salzvorkommen. Die Porenspeicher dienen vor allem dem saisonalen Ausgleich zwi-schen Angebot und Nachfrage. Kavernenspeicher können hin-gegen schnell genutzt werden.

GasspeicherSie sind deshalb in der Lage ta-geszeitliche Schwankungen zu puffern.Für die Einlagerung von Erdgas in einem Untertagespeicher wird das Gas zunächst komprimiert und unter etwa 220 bar Druck in den Speicher gepresst. Wegen dieses Überdrucks ist das Gas bei Bedarf einfach zu fördern. Dabei kühlt das Gas aufgrund des Druckverlustes so stark ab, dass es in der Förderanlage auf-gewärmt werden muss. Andern-falls würde das aus dem Spei-cher mit dem Gas gemeinsam geförderte Tiefenwasser in den Leitungen gefrieren und starke Schäden verursachen.

Die Erdgasspeicher in Deutschland. Um einen solchen Speicher einrichten

zu können, sind bestimmte geolo-gische Bedingungen zu erfüllen. So

muss ein geeignetes Speichergestein in einer wirtschaftlich zu erreichenden

Tiefe liegen und von einem für das Erdgas undurchlässigen Deckgestein

überdeckt werden. Daher ist der Betrieb von Erdgasspeichern nicht in

allen Regionen Deutschlands möglich. (nach: LBEG, 2012)

Wichtige Erdgasspeicher


Erneuerbare Energien wie die Wind- und Solarenergie ste-hen nicht immer in konstanter und ausreichender Menge zur Verfügung. Deshalb werden Verfahren entwickelt, um das erzeugte Überangebot an Ener-gie zu speichern und bei Bedarf abrufen zu können. In Frage kommen hierfür unter anderem die Druckluft- oder die Was-serstoffspeicherung im Unter-grund. Bei Druckluftspeichern wird zunächst die überschüssig produzierte Energie genutzt, um Luft unter hohem Druck in einen Untertagespeicher zu pressen. Wird wieder Energie benötigt, wird die Druckluft über Turbinen

Energiespeichergeleitet und erzeugt Strom. Oft werden heute Druckluft- mit Wärmespeichern kombiniert. Bei Wasserstoffspeichern wird mit Hilfe der überschüs-sigen Energie Wasser in einem sogenannten Elektro-lyseur in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Der Wasserstoff wird dann im Untertagespeicher gelagert. Wird Strom benötigt, kann der Wasserstoff dann in einer Brennstoffzelle wieder zu Energie umgewandelt werden.

Eine andere Möglichkeit der Energiespeicherung bieten Pumpspeicherwerke. Hier wird in Zeiten hoher Energie-produktion bei geringem Verbrauch Wasser aus tiefer liegenden Speicherbecken in höher gelegene Speicher-becken gepumpt. Wird die Energie später benötigt, um beispielsweise Verbrauchsspitzen auszugleichen, wird das Wasser aus dem höher gelegenen See über Tur-binen wieder nach unten geleitet. Insgesamt gibt es in Deutschland eine Pumpspeicherkapazität von etwa 7.000 Megawatt.

Grafische Darstellung eines Kavernenspeichers. Eine Kaverne ist ein natürlicher oder aber auch künstlicher Hohlraum, der

für die Energiespeicherung genutzt werden kann. Oftmals sind diese Hohlräume in Salzschichten im norddeutschen Raum zu finden. Um Energie einzuspeichern oder zu entnehmen,

sind Förder- beziehungsweise Injektionsbohrungen mit der Förderanlage an der Oberfläche verbunden.

(Quelle: T. Wolf/ mainova)


Die Bezeichnung »unkonventio-nelles Gas« bezieht sich auf das Speichergestein, in dem Erdgas vorkommt. Konventionelles Erd-gas ist zumeist in Porenräumen von Sandsteinen eingeschlos-sen. Unkonventionelles Gas ist hingegen in Kohleflözen, in dich-ten Gesteinsschichten oder aber auch in Schiefergesteinen ein-gelagert und kann deshalb nicht mit herkömmlichen Methoden gefördert werden. Um dieses Gas fördern zu können, müssen zunächst Wegsamkeiten, wie

Risse und Klüfte, innerhalb der Gesteinskörper im Untergrund, geschaffen werden. Insbesonde-re in den USA wird zunehmend unkonventionelles Gas geför-dert. In Deutschland werden diese Gasvorkommen auf eine Menge von ungefähr 200 Milliar-den Kubikmeter geschätzt.

Unkonventionelles Gas

Die weltweite Verteilung von Erdgas-reserven in herkömmlichen Lager-stätten (hellgrau) und in unkonven-

tionellen Lagerstätten (dunkelgrau). Die Mengenangaben beziehen sich

auf Billionen Kubikmeter. (nach: Deutsche Welle/BGR 2009,

Hannover)


Steigende Preise und die wach-sende Nachfrage nach Roh-stoffen rücken auch bisher für unmöglich gehaltene Projekte in das Blickfeld von Investoren. So wird seit einigen Jahren über die Möglichkeit der Rohstoffge-winnung auf dem Mond nach-gedacht. Abgesehen von rechtli-chen Fragen ist die Entwicklung entsprechender Technologien eine interessante Aufgabe für Ingenieure, Wirtschafts- und Naturwissenschaftler. Mondge- stein enthält beispielsweise hohe Konzentrationen an Titan,

Platin, Aluminium oder Heli-um-3, wobei Letzteres für die Energieerzeugung von Interes-se sein könnte. Zudem hat die amerikanische Weltraumbehör-de Indizien für Vorkommen der Metalle der Seltenen Erden auf dem Mond gefunden.

Rohstoffe aus dem All

Diese Aufnahme zeigt die unterschiedlichen Reflektionen von Infrarotstrahlung an der Mond-

oberfläche. Die Strahlung selbst stammt von der Sonne. Blaue Bereiche weisen wasserreiche

Minerale aus (Hydroxide), rote Bereiche zeigen eisenreiche Minerale. Die Daten wurden vom

Moon Mineralogy Mapper an Bord der Raumsonde Chandrayaan-1 gesammelt.

(Quelle: NASA/JPL)


Abraum Gestein ohne nennenswerte Erzgehalte, welches im Tage- und Bergbau anfällt und auf einer Halde deponiert wird.

Anthrazit Mit einem Kohlenstoffgehalt von über 90 % ist Anthrazit eine sehr hochwertige Kohle. Anthrazit ist sehr hart und hat einen hohen Energiege- halt und dient deshalb als Brennstoff.

Azurit Ein Mineral mit hohem Kupferanteil, das als Pulver zur Herstellung blauer Farbtöne genutzt wird.

Bastnäsit Ein Mineral, das sich aus einer Vielzahl von Elementen der Seltenen Erden zusammensetzt. Wichtigste Bestandteile des Bastnäsit-Minerals sind Cer und Lanthan sowie Neodym. Bastnäsit kommt vor allem in China, den USA und auf Madagaskar vor.

Bergbau Aufsuchung, Erschließung, Gewinnung und die Aufbereitung von Bodenschätzen aus der oberen Erdkruste.

Bergmann Berufsbezeichnungen für jemanden, der in einem Bergwerk Rohstoffe fördert.

Bergwerk Bauwerk, das zur Gewinnung von Rohstoffen aus unteririschen Gängen und Schächten besteht.

Chromit Auch Chromeisenerz; hat einen Chrom-Gehalt von über 45 %. Chrom ist ein Metall und wird zusammen mit Nickel für die Härtung von Stahl verwendet.

Lexikon


Claim Begriff aus dem Englischen, der einen Grundbesitz beschreibt, auf dem der Eigentümer bis in eine im Vertrag definierte Tiefe das Recht zur Förderung von Rohstoffen besitzt.

Diagenese Verfestigung von Lockergestein

Erz Metallhaltiges Gestein

Exploration Die Erschließung von Lagerstätten und Vorkommen geologischer Rohstoffe, bei der die Abbauwürdigkeit einer Lagerstätte auf Basis geowissenschaftlicher Untersuchungen bewertet wird.

Faulschlamm Abgestorbenes, organisches Material, das unter Abschluss von Sauer- stoff meist in Seen oder in der Tiefsee biochemisch zersetzt wird.

Flotation Ein Verfahren, das im Bergbau als Aufbereitungsverfahren eingesetzt wird, um Erze und Gangart voneinander zu trennen.

Gangart Umgebungsgestein beispielsweise von Erzkörpern, das zunächst mitgefördert, aber durch geeignete Aufbereitungsverfahren vom Erz abgetrennt werden muss.

Graphit Mineral mit einem hohen Kohlenstoffanteil

Gravimetrie Der Begriff bezeichnet die Methoden, mit denen das lokale Schwerefeld der Erde vermessen wird. Mit Hilfe gravimetrischer Methoden lassen sich Schwere-/Dichteunterschiede in der Erdkruste lokalisieren und somit auch Rohstoffvorkommen aufspüren.

Indium Indium ist ein Schwermetall und wird in Flachbildschirmen und Touch- screens als elektrischer Leiter verwendet.

Kalzit Kalzit ist ein Mineral und gehört zu den Karbonaten. Lebewesen nutzen Kalzit zum Aufbau von Skeletten und Schalen. Kalkstein besteht zum Beispiel zu einem hohen Anteil aus Kalzit (z. B. Kreidefelsen von Rügen oder Dover).

Kieselerde Siliziumhaltige Minerale und Sedimente

Kobalt Übergangsmetall. Kobalt wird überwiegend zur Blau-Färbung von Glas und Keramik genutzt. Abgebaut wird Kobalt überwiegend in der Demokratischen Republik Kongo.

Lagerstätte Rohstoffvorkommen bei dem aus wirtschaftlichen Gründen der Abbau des jeweiligen Stoffes lohnt.

Lanthan Übergangsmetall. Lanthan wird in Brennstoffzellen und Wasserstoffspei- chern eingesetzt, aber auch zur Herstellung silikatfreier Gläser genutzt.

Laugung Chemisch oder biochemischer Prozess, bei dem metallische Rohstoffe aus Erzen mit Hilfe von Säuren oder Mikroorganismen ausgelöst und für die industrielle Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.

Mangan Übergangsmetall. Mangan wird zur Härtung von Stahl verwendet.

Methan Farb- und geruchsloses, leicht brennbares Gas, Hauptbestandteil von Erdgas.


Molybdän Übergangsmetall. Molybdän wird zur Produktion hochfester Werkstoffe als Beimischung eingesetzt. In der Ölverarbeitung wird er als Katalysator zur Schwefelentfernung verwendet.

Monazit Mineral, in welchem die Metalle der Seltenen Erden angereichert sind (vgl. Bastnäsit).

Niob Übergangsmetall. Niob wird als Beimischung zur Produktion hochfester Stahlprodukte verwendet.

Nuggets Auf natürliche Art entstandene Gold- und Platinklumpen, die Ende des 19. Jahrhunderts häufig entlang von Flussläufen in Nordamerika gefunden wurden.

Pluton Gesteinskörper vulkanischen Ursprungs (Magma), der in der Erdkruste auskristallisiert (erstarrt) ist und nicht durch vulkanische Prozesse an die Oberfläche gelangt ist.

Prospektion Das Suchen und Erkunden neuer Rohstoffvorkommen mit Hilfe von geophysikalischen und geologischen Methoden.

Rekultivierung Die Rückführung einer industriell genutzten Fläche in einen Zustand, wie er annähernd vor der industriellen Nutzung existiert hat. So werden zum Beispiel Tagebauareale wieder zu landwirtschaftlich nutzbaren Flächen rekultiviert.

Salzdom Salzstock oder auch Salzdiapir ist eine Ansammlung von festem Steinsalz

im Untergrund, die meist in Form eines Pilzes oder eines halbkugelförmi - gen Doms ausgebildet ist.

Selen Halbmetall. Selen wird aufgrund von optimalen lichtelektrischen Eigen- schaften in Druckern und Kopierern, aber auch bei Solarzellen verwendet

Stollen Waagerechter Gang in der Erdkruste aus dem ein Rohstoff gefördert wird.

Tagebau Der Abbau von Rohstoffen an der Erdoberfläche

Seltene Erden Seltene Erd-Elemente sind Metalle, die nur in geringen Konzentrationen in Gesteinen vorkommen. Aufkonzentriert sind sie aber in Mineralen wie Bastnäsit und Monazit. Zu den 17 Elementen der Seltenen Erden zählen z. B. Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym. Sie haben besondere spektroskopische Eigenschaften, die sie insbesondere im Hochtechno- logiebereich unentbehrlich machen.

Taubes Gestein Gesteinsmaterial, das aus bergmännischer Sicht nicht mehr verwertbar ist. Auch als Abraum bezeichnet.

Tellur Halbmetall. Tellur wird in Legierungen verwendet, um eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erzielen.

teufen/ abteufen Begriff aus der Bergmannssprache, der sich aus dem Begriff Teufe, also der Tiefe, ableitet. Bohrungen werden abgeteuft oder auch niedergebracht.


Thorium Radioaktives, metallisches Element.

Titan Übergangsmetall. Titan ist sehr leicht und dabei korrosions- und tem- peraturbeständig. Als Beimischung in der Stahlproduktion erzeugt es besonders harten, rostbeständigen Spezialstahl. Titan wird vor allem in Australien und Südafrika gefördert.

Uran Radioaktives Metall, welches in Atomkraftwerken zur Energieerzeugung genutzt wird.

Vanadium Übergangsmetall. Vanadium wird zusammen mit Chrom in hochfesten Werkzeugen und Baustoffen verwendet.

Verhüttung Prozess im industriellen Maßstab, bei dem durch Aufschmelzen von Erzen metallische Rohstoffe gewonnen werden.

Vorkommen Die Ansammlung eines bestimmten Elementes oder Minerals wird in der Geologie als Vorkommen bezeichnet. Hierbei werden - im Gegensatz zum Begriff Lagerstätte - keine Aussagen zur wirtschaftlichen oder technischen Abbaumöglichkeiten getroffen.

Wirtsgestein Auch Muttergestein; das einen Rohstoff beinhaltende Gestein.

Zinnober Auch Cinnabarit; ist ein rotes bis tief schwarzes Mineral, das zur Herstel- lung roter Farben eingesetzt wird.

ALBA Group plc & Co. KG --- Alfred-Wegener Institut für Polar- und Meeresforschung,

Bremerhaven --- Bayerisches Landesamt für Umwelt --- Bosch Rexroth AG --- Bundesan-

stalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover --- Deutsche Rohstoffagentur

(DERA) --- Deutsches Bergbau-Museum Bochum (DBM) --- Deutsches Zentrum für Luft- und

Raumfahrt e. V. (DLR) --- DMT GmbH & Co. KG --- Fraunhofer-Institut für Silicatforschung

ISC, Würzburg --- GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung, Kiel --- Helmholtz-

Zentrum Geesthacht – Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH (HZG) --- Helm-

holtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) --- Johann Wolfgang

Goethe-Universität, Frankfurt am Main --- K+S Aktiengesellschaft --- MARUM – Zentrum für

Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen --- Museum für Naturkunde Berlin ---

RAG Deutsche Steinkohle --- RWE Power --- Seltenerdmetalle24 --- SIEMENS AG --- Stahl-

Informations-Zentrum --- Technische Universität Bergakademie Freiberg --- Technische Uni-

versität Dresden --- Telekom Deutschland GmbH --- terra mineralia --- ThyssenKrupp AG

--- Wintershall Holding GmbH

Dem Bundesministerium für Bildung und Forschung danken wir für die finanzielle Unterstüt-zung zur Realisierung der Ausstellung.

Wir danken den folgenden Firmen, Universitäten, Forschungseinrichtungen und Museen für das Bild- und Probenmaterial sowie für Exponate.

Danksagung


Leitung und TextDr. Ute Münch

OrganisationSimon Schneider

Gestaltungsidee, Layout & UmsetzungCorinna Kallich

Beratung & Ausstellungsbaufreybeuter, Potsdam

LektoratHorst Rademacher, Wissenschaftsjournalist

Beratung & weitere IdeenStefanie Lenz, Phelim Burgess

Ausstellungsteam

WERTVOLLE ERDE 100

Koordinierungsbüro GEOTECHNOLOGIENTelegrafenberg, 14473 Potsdaminfo@geotechnologien.dewww.geotechnologien.dewww.wertvolle-erde.de

1. Auflage 2013

Druck: Druckerei Arnold, Großbeeren

Impressum

Zahlen und Fakten sind u. a. folgenden Quellen entnommen:

Deutsche Rohstoffagentur (Hrsg.) (2011): Deutschland Rohstoffsituation 2010, DERA Rohstoffinformationen, Bundesagentur für Geowissenschaften und Rohstoffe.

Evans, A. E. (1992): Erzlagerstättenkunde. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart.

GeoZentrum Hannover (Hrsg.) (2005): Rohstoffe, Geostandpunkt.

Janzing, B. (2010): Kraft auf Vorrat, Neue Energie Nr. 7.

Sedlacek, R. (2009): Untertage-Gasspeicherung in Deutschland. Erdöl Erdgas Kohle 125, Heft 11.

WEG Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. (Hrsg.), (2008): Erdgas - Erdöl: Entstehung, Suche, Förderung.

Malyutin, R. S. and Sitkovskiy, B. N. (1968): Structural features of the Gyumushlug Lead-Zinc deposit. - Geologiya Rudnykh Mestorozhdeniy, 10, 96-99.

Die Wanderausstellung »Wertvolle Erde« ist ein Beitrag des Forschungs- und Entwicklungsprammes GEOTECHNOLOGIEN, welches vom Bundesministerium

für Bildung und Forschung (BMBF) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert wird. Die Forschungsvorhaben dieses Programmes sollen einen Beitrag leisten, um nachhaltige Konzepte zur Nutzung der Erde und zum Schutz

der auf ihr lebenden Menschen zu entwickeln. Die umweltverträgliche Gewin-nung, die sparsame Nutzung sowie die Wiederverwertung von geologischen

Rohstoffen ist deshalb ein wichtiges Thema, welches verständlich und anschaulich in der Ausstellung aufbereitet worden ist.

ISBN 978-3-9808780-7-4

wertvolle erde - der schatz im untergrund

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