Rohstoffsuche aus der Luft: Projekt „DESMEX" startete ersten Testflug

Auf der Suche nach seltenen Mineralien begeben sich Forscher gen Himmel und unter die Erde. Magnetsensoren und intelligente Roboter helfen, den kostbaren Rohstoffen für Handy, Tablet und Co auf die Spur zu kommen. Es ist eine Suche in 3 D.
Forscher suchen mit einem Magnetsensor per Hubschrauber nach unterirdischen Rohstoffen (Michael Becken)
Rohstoffsuche aus der Luft: Deutsche Forscher erkunden mittels Magnetsensoren unterirdische Lagerstätten.
Foto: Michael Becken

 „Das Prinzip ist ähnlich wie beim Computertomografen. Durch bildgebende Verfahren kann aus Magnetfeldmessungen das Innenleben des menschlichen Körpers sichtbar gemacht werden“, sagt Dr. Michael Becken. Was der Leiter der Arbeitsgruppe Angewandte Geophysik der Universität Münster und sieben weitere Forschungspartner untersuchen, ist indes nicht der menschliche Körper. Es ist die Erde, in einer Tiefe bis zu 1000 Metern. Das Forscherteam nutzt elektromagnetische Induktionseffekte, um seltenen Erden und Mineralien wie Antimon und Indium auf die Spur zu kommen. Minerale, die für die digitale Technik heute unabdingbar sind. Verstärkt suchen Wissenschaftler deshalb auch in Deutschland nach entsprechenden Vorkommen, gefördert werden sie dabei vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung (FONA)“.

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 klingt einfach, entpuppt sich im Detail jedoch als diffizile Forschungs- und 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 braucht es exakte Justierungen der Sensorik, damit 1000 Meter dicke Gesteinsschichten auch durchdrungen werden können. Ein erster erfolgreicher Testflug diente vor kurzem der Probe, ob und wieweit der konstruierte Magnetfeldsensor den Erwartungen der Wissenschaftler entspricht.

Aus den gesammelten Daten des überflogenen Gebietes soll ein 3-D-Modell des Untergrundes entstehen, auf dem Lagerstätten erkennbar sind. Läuft alles nach Plan, gelingt dem Forscherteam damit ein Durchbruch: Erkundungen aus der Luft sind weitaus effizienter und zielgerichteter als Probebohrungen auf Erzlagerstätten. Große Flächen können per Flug erfasst werden, Vorkommen lassen sich räumlich eingrenzen, noch bevor überhaupt eine Bohrung beginnt. Die innovative Technologie aus der Luft verspricht Zukunft und Wirtschaftlichkeit.

Direkt unter Tage, in bereits bestehende Bergwerkstollen hinein, steuern hingegen Forscher aus Aachen gemeinsam mit Wissenschaftlern und Unternehmern aus Sachsen und dem Ruhrgebiet ihre intelligenten Roboter. Auch dieses Vorhaben namens „UPNS4D+“ will mineralische Lagerstätten erkunden und etwaige Funde abbauen. Das Team setzt dabei auf ein Duo aus autonomen Fahrzeugen, eine komplette Neuheit. Ein kleines Erkundungsfahrzeug durchrollt zunächst die Bergwerksstollen und erfasst Schicht für Schicht deren Struktur. 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, damit wird ein größeres Produktionsfahrzeug gespeist. Dieses kann dann, vollständig unabhängig von menschlicher Steuerung, Rohstoffe auch aus schwierigsten Gesteinsschichten abbauen und abtransportieren.

Stück für Stück entsteht diese autonome Technologie derzeit in den Laboren und Werkstätten der insgesamt zehn beteiligten Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft. Die Vorteile fasst Projektkoordinator Dr. Matthias Rabel zusammen: „Das autonome System erlaubt die Erkundung und den Abbau von Lagerstätten, die für Menschen zu gefährlich sind“. Die Innovation ließe sich zudem vor allem für den wirtschaftlichen Betrieb kleinerer Lagerstätten von seltenen Erden und Mineralien nutzen.

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 FONA-Rahmenprogramm fördert. Teams aus Wissenschaft und Wirtschaft erforschen dabei nicht nur neue Möglichkeiten, wertvolle unterirdische Rohstoffe zu erkunden und zu nutzen. Auch dem Gehalt und Recycling aus Sekundärquellen wie etwa dem Abraum ehemaliger Bergwerke oder urbanem Abfall gilt das Interesse.