Bergbau-Forschung an der RWTH: Eine Fabrik, die täglich verschoben wird

Bergbau-Forschung an der RWTH : Eine Fabrik, die täglich verschoben wird

Elisabeth Clausen ist die erste Bergbau-Professorin – in Aachen und bundesweit. Warum ist das Fach überhaupt noch relevant?

Zu zwei Seiten öffnen sich große Fensterfronten auf das Aachener Universitätsviertel, die gegenüberliegende Wand wird von einem riesigen schwarz-weißen Druck eingenommen: Es ist das alte Foto eines Stollens, mittig im Vordergrund steht ein Grubenwagen, so als käme jeden Moment ein Kumpel, um ihn per Hand zu beladen und ans Tageslicht zu befördern. Trotz des nostalgischen Bildes und der antiken Möbel wirkt das Büro von Professorin Elisabeth Clausen modern und luftig. Die 36-Jährige nimmt an einem massiven Holztisch Platz, an den problemlos zehn Personen passen würden. Seit gut einem Jahr leitet sie das Institut für Advanced Mining Technologies an der RWTH. „Der Bergbau war immer schon innovativ“, sagt sie, er habe viele neue Ideen hervorgebracht.

Nun aber ist der Steinkohlebergbau beendet, das Aus des Braunkohleabbaus terminiert. Wie lange braucht man da noch Rohstoffingenieure, welche Perspektive haben junge Menschen mit einer Hochschulausbildung im Bergbaubereich? Eine sehr vielfältige und langfristige, sagt Clausen. Eine nachhaltige Energie- und Rohstoffversorgung sei eine der großen gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit. „Wir sprechen ja nicht nur über Kohle, sondern auch über Metalle, Salze, Gips, Steine und Erden. Und weltweit steigt der Rohstoffbedarf.“ International spielten auch fossile Energieträger weiterhin eine Rolle. Und deutsche Bergbau-Zulieferer machten bereits einen Großteil ihres Umsatzes im Ausland.

Clausens Team forscht an der Automatisierung und Digitalisierung von Bergbaumaschinen und -prozessen, um so den Flächen-, Wasser- und Energieverbrauch zu verringern und gleichzeitig die Sicherheit zu steigern. An die Sensortechnik im Bergbau werden aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen besondere Anforderungen gestellt, erklärt Clausen. Die Maschinen müssen unter Tage Vibration, Feuchtigkeit, Staub, sehr hohen und sehr niedrigen Temperaturen standhalten. „Der Bergbau ist gekennzeichnet durch seine Dynamik, seine tägliche Ortsveränderung“, ergänzt Clausen. „Stellen Sie sich mal eine Fabrik vor, die jeden Tag um mehrere Meter verschoben wird und eine andere stoffliche Zusammensetzung der zugelieferten Teile hat.“

Abseits der Kohle gibt es allein in Deutschland noch etwa 1500 Bergbaubetriebe, in denen verschiedene mineralische Rohstoffe abgebaut werden. Hinzu kommen rund 150 Bergbau-Zulieferer mit rund 12.000 Mitarbeitern. Der größte Teil an Steinen und Erden, die in Deutschland verbraucht werden, stammen laut der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) aus heimischer Produktion. Auch ein Teil der Kali- und Steinsalze kommt aus Deutschland, ein weiterer Teil wird aus der EU importiert. Bei den Metallrohstoffen ist Deutschland fast vollständig auf Importe angewiesen.

„Langfristig ist der steigende Rohstoffbedarf nicht allein mithilfe von Recycling zu decken; das geht nur unter Einsatz von Primärrohstoffen“, erklärt Clausen. Kupfer und Aluminium ließen sich recht gut recyclen, hier liege die Quote bereits bei rund 45 bzw. 30 Prozent. Seltene Erden könnten beispielsweise aber nur zu weniger als einem Prozent wiederverwertet werden.

Und: Auch die Umsetzung einer klimafreundlicheren Energiepolitik verbraucht Ressourcen. Der Umstieg auf erneuerbare Energien und auf Elektromotoren ist nicht möglich, ohne für die Entwicklung Rohstoffe zu verbrauchen. So braucht man für den Bau von Windkraftanlagen seltene Erden, für Batterien für Elektrofahrzeuge sehr reines Lithium und Kobalt. Abgebaut werden diese Stoffe nicht in Deutschland, sondern zum Beispiel im Kongo, in Bolivien und Asien. Und sie sind knapp (siehe Box).

Welche Rolle spielen denn kritische Themen in der Lehre – wie etwa der Hambacher Forst oder der Strukturwandel in der Region? „Wir fördern einen offenen Dialog zu diesen Themen“, sagt Clausen. Man müsse sich aber immer die Frage stellen, wo die benötigten Rohstoffe denn herkommen sollen und ob wir nicht „Probleme exportieren“.

Zu den Lösungen, die an der RWTH erarbeitet werden, gehört unter anderem das Automatisieren von Maschinen. Die sind bereits in der Lage, selbstständig die Grenzschichten verschiedener Gesteinsarten in Konglomeraten zu erkennen und so beim Schneiden möglichst wenig Nebengestein abzubauen. „Zum Teil gibt es da bereits sehr fortschrittliche Lösungen“, sagt Clausen. Wie fein die Sensoren arbeiten, sei auch von der jeweiligen Gesteinsart abhängig – für Steinkohle funktioniere die automatische Erkennung sehr gut. In einem weiteren Schritt soll das Erkennen der Rohstoffe auch auf dem Förderband perfektioniert werden.

Die zunehmende Automatisierung habe unter anderem den Effekt, dass Mitarbeiter nicht mehr im direkten Gewinnungsbereich – und damit dem Bereich der direkten Gefahr – tätig sein müssen. Eine weitere Schwierigkeit bei der Entwicklung robuster und zuverlässiger Systeme liege vor allem in der Navigation: Unter Tage gibt es kein GPS-Signal. Das erschwert das automatisierte Rangieren innerhalb des Bergwerks. Die Vision dabei ist, eines Tages vollständig autonome Bergbaumaschinen zu haben. Für Clausen sind das Problemstellungen, die den Bergbau spannend halten.

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