Der Pazifische Ozean birgt etwa 3 Milliarden Tonnen Kobalt, was dem 3000-fachen der Landreserven entspricht. Im Juni 2024 setzte die von der Shanghaier Jiaotong-Universität eigenständig entwickelte Tiefsee-Schwerlast-Abbauprototypmaschine „Kaituo II“ in einer Tiefe von 4102,8 Metern im Westpazifik auf und holte erfolgreich Tiefsee-Polymetallkrusten und -Knollen zurück. Damit wurden sechs Rekorde im chinesischen Tiefseebergbau aufgestellt.
„Blauer Wettlauf“ um den Tiefseebergbau
Der Meeresboden birgt reiche Vorkommen an polymetallischen Knollen, kobaltreichen Krusten und polymetallischen Sulfiden, die reich an wichtigen Schlüsselmaterialien wie Kupfer, Kobalt, Nickel und Mangan sind und einen hohen Anwendungswert haben. Laut Prognosen der Internationalen Energieagentur wird die weltweite Nachfrage nach Kobalt bis 2030 um das Zehnfache, möglicherweise sogar um das 25-fache des heutigen Niveaus steigen. Die EU sowie Japan, Kanada und andere Länder haben bereits mit der Entwicklung von Schlüsseltechnologien und -ausrüstungen für den Tiefseebergbau begonnen.
China besitzt das exklusive Explorationsrecht und die Priorität für die Ausbeutung von fünf internationalen Tiefseemineralgebieten, deren Fläche etwa drei Bohai-Meer entspricht. Allerdings haben auch Explorationsrechte ein „Verfallsdatum“. Daher ist es entscheidend, so schnell wie möglich Abbautechnologien zu beherrschen und Abbaukapazitäten aufzubauen. Die innovative Entwicklung von Ausrüstungen zur Erschließung von Tiefseemineralressourcen ist von großer praktischer Bedeutung für die Führung der Entwicklung der marinen Hochtechnologie, die Bildung einer zukünftigen Industrie für Tiefseeexploration und -gewinnung sowie die Entwicklung neuer Produktivkräfte.
Sechs „Weltneuheiten“ schmieden den Tiefsee-„Abbau-Giganten“
„Kaituo II“ ist 6 Meter lang, 3 Meter breit, 2,5 Meter hoch und wiegt 14 Tonnen. Die geplante Arbeitstiefe beträgt 6000 Meter. Während der Seeerprobung vom 22. bis 26. Juni absolvierte „Kaituo II“ erfolgreich fünf Tauchgänge im Tiefsee-Polymetallkrusten- und Knollenfeld, wobei die maximale Tauchtiefe 4102,8 Meter erreichte. Schließlich brachte das Team erfolgreich über 200 Kilogramm verschiedener Tiefseemineralproben wie polymetallische Krusten, polymetallische Knollen und Meeresboden-Grundgestein zurück.
Der leitende Wissenschaftler der Seeerprobung, Professor Yang Jianmin vom Institut für Schiffs-, Meeres- und Bautechnik der Shanghaier Jiaotong-Universität, erklärte, dass es im internationalen Tiefseebergbau seit langem drei große technische Herausforderungen gebe: Erstens das extrem komplexe Gelände des Meeresbodens, das ein sicheres Vorankommen der Ausrüstung erschwert; zweitens die komplexe und vielfältige Form und die physikalischen Eigenschaften der Tiefseemineralien, die einen effizienten Abbau und eine effiziente Sammlung erschweren; drittens die schwierige sichere Ausbringung und Rückholung von Tiefsee-Schwerlastgeräten unter Meereswellenbedingungen. „Kaituo II“ löste diese weltweiten Probleme mit sechs „Weltneuheiten“-Technologien.
Weltneuheit 1: Hochbewegliche Navigationstechnologie für komplexes Tiefseegelände. Die vier unabhängigen Ketten von „Kaituo II“ können Richtung und Haltung in Echtzeit basierend auf dem tatsächlichen Meeresbodengelände selbstständig anpassen. Ob steile Seeberge mit einer Neigung von über 30 Grad oder durch hochviskose, weiche Sedimente gebildete Meeresboden-„Schlammflächen“ – die Maschine kann problemlos fahren, klettern und sich auf der Stelle drehen. Die Abbaumaschine kann die Abbaumgebung eigenständig wahrnehmen, ohne manuelle Steuerung, und erreicht eine Positionierungsgenauigkeit im Zentimeterbereich.
Weltneuheit 2: Tiefsee-Mehrfacherz-Kombinationsbohr- und -Abbautechnik. Polymetallische Krusten haften fest am geneigten Grundgestein, während polymetallische Knollen halb in weichen Meeresbodensedimenten vergraben sind. „Kaituo II“ kann sowohl die Krusten schnell vom Grundgestein trennen und effizient in den Sammelbehälter saugen als auch die halb vergrabenen Knollen ausgraben. Ein einziges Gerät ist gleichzeitig für die Sammlung zweier verschiedener Erztypen geeignet, was die Effizienz des Tiefseebergbaus und die Auslastung der Ausrüstung erheblich verbessert.
Weltneuheit 3: Intelligente Feinsteuerungstechnologie für Tiefsee-Schwerlastarbeiten. Die Abbaumaschine verfügt über die Fähigkeit zur intelligenten Planung, Verfolgung und Hindernisvermeidung von Arbeitswegen und kann auch in der völligen Dunkelheit der Tiefsee eine zentimetergenaue Positionierung erreichen. Der komplexe Tiefseebergbau gleicht eher einer automatisierten, programmierten „Tiefsee-Ballettaufführung“.
Weltneuheit 4: Tiefsee-Schwerlast-Ausbringungs- und Rückholtechnologie mit nichtmetallischen Kabeln. „Kaituo II“ verwendete erstmals ein optoelektronisches Verbundkabel aus nichtmetallischem Aramid-Material, das die Einschränkungen der herkömmlichen Stahlkabelausbringung durchbrach. In großen Tiefen übersteigt das Eigengewicht von Stahlkabeln das der Ausrüstung selbst bei weitem, was eine Ausbringung in 5000 bis 6000 Metern Wassertiefe unmöglich macht. Das nichtmetallische Kabel reduzierte das Eigengewicht der Ausrüstung erheblich und ermöglichte die sichere Ausbringung und Rückholung von Schwerlastgeräten in 4100 Metern Wassertiefe.
Weltneuheit 5: Überwachungs- und Bewertungstechnologie für Umweltstörungen in der Tiefsee. Die Abbaumaschine ist mit einem Umweltüberwachungssystem ausgestattet, das die Umweltauswirkungen wie die Entstehung und Ausbreitung von Tiefsee-Schwebstofffahnen und Unterwasser-Arbeitslärm umfassend überwacht und bewertet. Während der Ressourcengewinnung wird gleichzeitig der Schutz des Tiefsee-Ökosystems berücksichtigt.
Weltneuheit 6: Erstmalige Überschreitung der 4000-Meter-Marke für die Arbeitstiefe einer Tiefsee-Schwerlast-Abbaumaschine. Dies ist der erste Versuchsabbau von Tiefseemineralressourcen durch eine inländische Tiefsee-Schwerlast-Abbaumaschine in einer Tiefe von über 4000 Metern.
Der Weg zur Kommerzialisierung von 4000 auf 6000 Meter
Sicherung strategischer Ressourcen. Die bei dieser Seeerprobung gewonnenen Krusten- und Knollenproben enthalten Eisen- und Mangangehalte zwischen 10 % und 20 % und sind reich an Schlüsselmetallen wie Titan, Nickel, Cer und Kupfer. Die Erschließung von Tiefseemineralressourcen wird voraussichtlich in den nächsten 10 bis 15 Jahren Durchbrüche erzielen und eine kommerzielle Nutzung erreichen.
Wichtiger Schritt zur kommerziellen Gewinnung. Yang Jianmin erklärte, dass das Überschreiten der 4000-Meter-Marke bei dieser Seeerprobung bedeute, dass im Wesentlichen die für den Tiefseebergbau erforderliche Tiefe erreicht werden könne – Tiefseemineralressourcen kommen im Allgemeinen in Tiefen von 2000 bis 6000 Metern vor, wobei polymetallische Krusten und Sulfide hauptsächlich in Tiefen unter 4000 Metern vorkommen. „Kaituo II“ verfügt bereits über grundlegende Fähigkeiten für den technischen und kommerziellen Abbau.
Kontinuierlicher Vorstoß in noch tiefere blaue Gewässer. Experten wie die Akademiker der Chinesischen Akademie für Ingenieurwissenschaften Lin Zhongqin und Li Jiabiao sowie Li Maolin, Direktor des Staatlichen Schlüssellabors für Technologie zur Erschließung und Nutzung von Tiefseemineralressourcen, bewerteten den Erfolg der Seeerprobung von „Kaituo II“ als Zeichen dafür, dass China über eine stärkere technologische Unterstützung und Ausrüstungsgarantie für Tiefseeforschung, Ressourcenerschließung und Umweltschutz verfügen werde. Yang Jianmin verriet, dass das Team weiterhin an technologischen Durchbrüchen arbeiten und eine neue Generation der „Kaituo“-Serie von Tiefsee-Schwerlastgeräten entwickeln werde, um noch größere Wassertiefen, stärkere Arbeitsfähigkeiten und ein höheres Maß an Intelligenz zu erreichen.
Von einem fast Nullpunkt im Jahr 2013 über die 1305-Meter-Tiefseeerprobung von „Kaituo I“ im Jahr 2021 bis zum Durchbruch von „Kaituo II“ bei 4102,8 Metern im Jahr 2024 – das Team der Shanghaier Jiaotong-Universität hat mit über einem Jahrzehnt eigenständiger Forschung China in die erste Reihe der weltweiten Tiefseetechnologie gebracht.