Chile ist eines der Länder mit der weltweit größten Anzahl an Tailings (Bergematerial-Ablagerungsbecken). In diesen Becken sind große Mengen an Wasser gespeichert. Vor dem Hintergrund schwerer Dürren und zunehmender Konkurrenz um Wasser für den Bergbau hat ein Forschungsteam der Universität von Chile ein innovatives Wasseraufbereitungssystem entwickelt, das Nanofiltration, Nanotechnologie und Bioreaktoren integriert. Dieses System ermöglicht die sichere Rückgewinnung und Wiederverwendung von Wasser aus Tailings und bietet eine völlig neue Lösung für das nachhaltige Wassermanagement in trockenen Bergbauregionen.

Die „Wasserbank“ in den Tailings wartet auf Erschließung

Chile ist der weltweit größte Kupferproduzent und eines der Länder mit den meisten Tailings. In diesen Becken sind enorme Wassermengen gespeichert – ein schlafender „Wasserschatz“, der jedoch lange Zeit nicht effektiv genutzt wurde. Da das Wasser in den Tailings Sulfate, Arsen und verschiedene Schwermetalle enthält, würde eine direkte Einleitung oder Wiederverwendung ohne Behandlung eine ernsthafte Gefahr für die Umwelt und die menschliche Gesundheit darstellen.

Gleichzeitig steht Chile vor einer schweren Wasserknappheitskrise. Der Wettbewerb um Wasser zwischen Bergbau, Landwirtschaft und städtischer Nutzung verschärft sich zunehmend. Die Suche nach neuen Wasserquellen ist zu einem zentralen Thema für die nachhaltige Entwicklung des Bergbaus geworden. Vor diesem Hintergrund richtete das Forschungsteam der Universität von Chile seinen Fokus auf die Tailings als „übersehene Wasserquelle“.

Dreistufiges integriertes Behandlungssystem

Das Forschungsprojekt mit dem Titel „Prototyp eines neuen nachhaltigen integrierten Systems zur Behandlung und Rückgewinnung von Wasser aus Tailings für die landwirtschaftliche Bewässerung und/oder die Ableitung in Grundwasserleiter“ wird durch den FONDEF IDeA I+D 2024 Fonds der ANID (Chilenische Nationale Agentur für Forschung und Entwicklung) gefördert. Geleitet wird es von Professorin Andreina García vom Fachbereich Bergbauingenieurwesen der Universität von Chile und Forscherin am Advanced Mining Technology Center (AMTC).

Das Forschungsteam entwickelte ein dreistufiges integriertes Behandlungssystem, das eine schrittweise Entfernung verschiedener Schadstoffe aus dem Tailings-Wasser ermöglicht:

Erste Stufe – Nanofiltration: Als Vorbehandlungseinheit dient sie der ersten Reinigung des Tailings-Wassers durch Entfernung von Schwebstoffen und makromolekularen Schadstoffen.

Zweite Stufe – SolArsenic Nanotechnologie: Dies ist eine der Kerntechnologien des Systems. Das Nanomaterial verfügt über eine hohe Adsorptionskapazität, entfernt selektiv Arsen aus dem Wasser und adsorbiert gleichzeitig wertvolle Metalle aus dem Tailings-Abwasser, was die Voraussetzungen für eine spätere Ressourcenrückgewinnung schafft.

Dritte Stufe – Bioreaktor: Das von der AMTC-Forscherin und Wissenschaftlerin der Fakultät für Agrarwissenschaften der Universität von Chile, Yasna Tapia, geleitete Bioreaktor-Modul ist für die Entfernung verbleibender Sulfate und Schwermetalle verantwortlich und stellt sicher, dass die Wasserqualität die Sicherheitsstandards für landwirtschaftliche Bewässerung oder Grundwasseranreicherung erfüllt.

Kreislaufwirtschaft: Wertschöpfungsumwandlung von „Abwasser“ zu „Ressource“

Die Kerninnovation des Projekts liegt nicht nur in der Wasseraufbereitung selbst, sondern auch in seinem kreislaufwirtschaftlichen Designkonzept – das System verwertet bei der Behandlung des Tailings-Wassers gleichzeitig verschiedene Nebenprodukte als Ressourcen:

Biokompost: Die im Bioreaktor während des Prozesses erzeugte Biomasse kann in Biokompost für die Phytosanierung von Tailings umgewandelt werden, der als Bodenverbesserungsmaterial für die ökologische Wiederherstellung der Tailings dient.

Rückgewinnung wertvoller Metalle: Ein Teil der vom SolArsenic-Nanomaterial adsorbierten Metalle hat einen wirtschaftlichen Wert und kann durch nachfolgende Verfahren zurückgewonnen werden, wodurch zusätzliche wirtschaftliche Vorteile für das Bergwerk entstehen.

Dieses Dreiklangmodell „Wasserrückgewinnung – Metallextraktion – Biokompostierung“ hebt die traditionelle „Tailings-Wasserbehandlung“ auf eine Stufe der „umfassenden Nutzung von Tailings-Ressourcen“ und bietet ein völlig neues Wertparadigma für das Abfallmanagement im Bergbau.

Gemeinsame Förderung durch Codelco Innovation und Glauben Ecology

Das Projekt läuft über zwei Jahre und wird von Codelco Innovation und Glauben Ecology als Kooperationspartner intensiv begleitet. Auch die AMTC-Forscher Santiago Montserrat, Rodrigo Quezada und Ayleen Celedón waren an der technischen Entwicklung des Projekts beteiligt.

Die Beteiligung von Codelco, dem weltweit größten Kupferproduzenten, bietet einen Kanal für die industrielle Validierung der Technologie und liefert Input aus der praktischen Anwendung. Glauben Ecology wiederum bringt Fachwissen im Bereich ökologische Sanierung und Umwelttechnologie ein. Diese synergetische Zusammenarbeit von „akademischer Forschung – Technologieentwicklung – industrieller Validierung“ verkürzt den Weg vom Labor zur Mine erheblich.

Erschließung neuer Wasserquellen für trockene Bergbauregionen

Milderung des Wasserkonkurrenzkampfs zwischen Bergbau und Landwirtschaft

In trockenen Bergbauregionen wie Chile konkurrieren Bergbau und Landwirtschaft seit langem um die begrenzten Wasserressourcen. Diese Technologie kann Wasser aus Tailings aufbereiten und sicher für die landwirtschaftliche Bewässerung oder die Grundwasseranreicherung nutzbar machen, wodurch der Bergbau gesichert und gleichzeitig neue Wasserquellen für die umliegenden landwirtschaftlichen Gemeinden erschlossen werden.

Reduzierung des Wasserfußabdrucks des Bergbaus, Bewältigung strengerer Umweltauflagen

Angesichts der weltweit steigenden Umweltanforderungen an den Bergbau ist das Management von Tailings zu einer der zentralen Herausforderungen für Bergbauunternehmen geworden. Diese Technologie kann Bergbauunternehmen helfen, ihren Wasserfußabdruck deutlich zu reduzieren und die immer strengeren Umweltauflagen zu erfüllen.

Unterstützung des chilenischen nationalen Programms für nachhaltiges Tailings-Management

Das Forschungsprojekt stimmt in hohem Maße mit den Zielen des chilenischen nationalen Programms für nachhaltiges Tailings-Management überein – durch technologische Innovation Wasserressourcen zurückzugewinnen, Umweltauswirkungen zu reduzieren und die Verwertung von Abfällen als Ressourcen voranzutreiben. Seine Ergebnisse können eine wichtige technologische Grundlage für die Umsetzung des Programms liefern.

Ausweitung auf trockene Bergbauregionen weltweit

Chile hat die weltweit größte Anzahl an Tailings, und seine Erfahrungen im Tailings-Management haben globale Vorbildfunktion. Der technologische Rahmen kann auf Bergbauregionen in Peru, Australien, Westchina und anderen Gebieten übertragen werden, die ebenfalls unter Dürre und Wasserkonkurrenz leiden, und bietet eine „chilenische Lösung“ für das nachhaltige Wassermanagement im globalen Bergbau.

Von der „Umweltverbindlichkeit“ zum „Ressourcenvermögen“

Der tiefere Wert dieser Forschung der Universität von Chile liegt in der Neudefinition der Rolle von Tailings. Lange Zeit galten Tailings als „Umweltverbindlichkeit“ des Bergbaus – sie beanspruchen Fläche, bergen Verschmutzungsrisiken und verursachen hohe Managementkosten. Diese Technologie beweist jedoch, dass Tailings zu einem „Ressourcenvermögen“ für Wasser, wertvolle Metalle und ökologische Sanierungsmaterialien werden können.

Wie die Projektleiterin Andreina García betont: „Die Rückgewinnung von Wasser aus Tailings und seine Aufbereitung nach geeigneten Standards kann den Druck auf die Wasserressourcen verringern und den Bergbau in eine nachhaltigere Entwicklung führen.“