Rohstoff-Suche mit Hubschrauber und Robotern

Seltene Erden sind kostbar: Handy, Tablet und Co. können ohne sie nicht funktionieren. Um diese Mineralien zu finden, begeben sich Forscher gen Himmel und unter die Erde.

Rohstoff-Erkundung aus der Luft: Forscher der Universität Münster und ihre Partner suchen nach Seltenen Erden mittels fliegendem Sensor
Rohstoff-Erkundung aus der Luft: Forscher der Universität Münster und ihre Partner suchen nach Seltenen Erden mittels fliegendem Sensor © Universität Münster/Michael Becken

Das Prinzip ist ähnlich wie beim Computertomografen. Michael Becken, der Leiter der Arbeitsgruppe Angewandte Geophysik der Universität Münster, und sieben weitere Forschungspartner nutzen elektromagnetische Induktionseffekte, um den Seltenen Erden wie Antimon und Indium auf die Spur zu kommen. Das sind Minerale, die für die Herstellung von Smartphones, Flachbildschirmen oder in der Photovoltaik gebraucht werden. Wissenschaftler suchen auch in Deutschland nach entsprechenden Vorkommen, gefördert vom Bundesforschungsministerium.

Das Projekt  „DESMEX“

Zum Auffinden der unterirdischen Schätze steigt das Forscherteam des Projektes „DESMEX“ zunächst in die Luft. Per Helikopter werden potenzielle Lagerstätten überflogen. Ein Magnetfeldsensor am Hubschrauber erkundet – im Zusammenspiel mit auf der Erde installierten Sensoren – ob und was sich unter Tage verbirgt. Das ist oft eine schwierige Tüftelarbeit: Der Sensor hängt an einem etwa 50 Meter langen Seil am Hubschrauber. Seine Pendelbewegungen während des Flugs müssen ausgeglichen werden, um störungsfreie Abbilder des Untergrundes zu erhalten. Auch gilt es, die Induktionsströme aus der Tiefe mit den elektrischen Eigenschaften vorhandener Mineral- und Gesteinsproben abzugleichen. Erst dann wird erkennbar, welche Schätze genau in einem Erkundungsgebiet lagern. Schließlich sind exakte Justierungen der Sensorik nötig, damit tausend Meter dicke Gesteinsschichten auch durchdrungen werden können.

Rohstoff-Erkundung per Roboter: Ein autonomes Fahrzeug, das deutsche Wissenschaftler gemeinsam mit Unternehmern konstruierten, erfasst das Innenleben von Lagerstätten untertage
Rohstoff-Erkundung per Roboter: Ein autonomes Fahrzeug erfasst das Innenleben von Lagerstätten untertage © RWTH Aachen

Das Projekt „UPNS4D+“

Auch in einem Projekt namens „UPNS4D+“ sollen  mineralische Lagerstätten erkundet  und abgebaut werden. Dabei steuern Forscher ihre intelligenten Roboter direkt in bestehende Bergwerkstollen hinein. Ein kleines Erkundungsfahrzeug erfasst Schicht für Schicht. Dazu ist das Fahrzeug mit einer Kombination verschiedener Sensoren ausgestattet – mit Laser, Infrarotkamera und 3-D-Technologie. Der mobile Roboter zeichnet damit neben den unterschiedlichen Bestandteilen auch Unebenheiten, Hindernisse und andere Besonderheiten untertage auf. Die Daten werden am Computer in einen Produktionsplan und eine präzise 3-D-Karte umgewandelt. Ein größeres Produktionsfahrzeug kann dann – mit diesen Informationen versorgt und vollständig unabhängig von menschlicher Steuerung – Rohstoffe auch aus schwierigsten Gesteinsschichten abbauen und abtransportieren.

Die neue Technologie erlaubt die Erkundung und den Abbau von Lagerstätten, die für Menschen zu gefährlich sind. Sie lässt sich zudem vor allem für den wirtschaftlichen Betrieb kleinerer Lagerstätten von Seltenen Erden und Mineralien nutzen.

Forschung für Nachhaltige Entwicklung

Die beiden Projekte „DESMEX“ und „UPNS4D+“ sind zwei von derzeit 25 Vorhaben, die das Bundesforschungsministerium unter dem Titel „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Wirtschaftsstrategische Rohstoffe“ im Rahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA) fördert. Teams aus Wissenschaft und Wirtschaft erforschen dabei nicht nur neue Möglichkeiten, wertvolle unterirdische Rohstoffe zu erkunden und zu nutzen. Sie interessieren sich auch für das Recycling aus dem Abraum ehemaliger Bergwerke oder urbanem Abfall.

Die Innovationen und Erträge, die bisherige Forschungen für eine effiziente Ressourcennutzung erbracht haben, stellen einige der Wissenschaftler auf der Rohstoff- und Recyclingkonferenz am 7. und 8. März in Berlin vor, einem der wichtigsten Treffen der Branche.