Abbau von Zinnerz, 1980: In der Zinngrube Ehrenfriedersdorf geht ein Pilotprojekt an den Start, das die verschmutzten Abwässer aus Bergwerken wieder brauchbar machen soll.

Bild: Deutsche Fotothek, CC BY-SA 3.0

Ressourcenschonender Bergbau Sauberes Wasser aus dem Bergwerk?

08.04.2021

Mithilfe einer Kombination aus Elektrodialyse- und Elektrolyseverfahren könnten sich Gruben- und Bergbauwässer so weit aufreinigen lassen, dass sie als Brauchwasser nutzbar werden. Im selben Zug ließen sich Rohstoffe gewinnen, die etwa für die Elektromobilität wichtig sind.

Eine Zinngrube im Erzgebirge ist Versuchsstandort des neuen Pilotprojekts „TerZinn“, das die ökologischen Folgeschäden des Bergbaus verringern soll. Ein Konsortium unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS erprobt hier Technologien für die Aufbereitung von Gruben- und Bergbauwässern. Der Standort ist bewusst gewählt: Die Bergbautradition reicht im Erzgebirge bis ins 13. Jahrhundert zurück, die Folgeschäden sind allerdings bis heute spürbar.

Deutlich wird das am Beispiel des alten Bergwerks in Ehrenfriedersdorf. Neben Eisen, Fluorid und Sulfat belastet die stillgelegte Zinnerzgrube die Umwelt jährlich mit etwa 1,2 t Arsen-Verbindungen. In Hamburg sind rund vier Prozent des Arsens im Elbwasser auf das Bergwerk Ehrenfriedersdorf zurückzuführen. Auch die gleichnamige Gemeinde verzeichnet seit Jahren einen hohen Arsen-Gehalt in ihren Klärschlämmen, die deswegen als Sondermüll entsorgt werden müssen.

Aufbereitung von Wasser, Rückgewinnung von Wertstoffen

Wichtigstes Ziel der Pilottests ist es, das kontaminierte Grubenwasser – einige Millionen Kubikmeter pro Jahr – so aufzubereiten, dass es als Brauchwasser genutzt werden kann. Für die Region wäre der Nutzen groß.

„Die Menschen in Ehrenfriedersdorf und Umgebung hoffen auf Innovationen, die für sauberes Wasser sorgen“, sagt Silke Franzl, Bürgermeisterin der Gemeinde. „Der Fokus liegt für uns auf dem Wunsch, die Schadstoffe aus den Bergbauwässern und Böden zu entfernen, um die negativen Auswirkungen für Mensch und Umwelt, aber auch die enormen finanziellen Aufwendungen zu minimieren.“

Zudem sollen im Rahmen der Pilottests Wertstoffe aus dem Grubenwasser extrahiert werden. Das könnte helfen, die Betriebskosten einer späteren großtechnischen Anlage zumindest teilweise zu decken. Beispielsweise werden mit dem Wasser pro Jahr rund 8 t Fluoride aus dem alten Bergwerk gespült. Gelänge es, diese Verbindungen abzutrennen, könnten sie zu Flussspat weiterverarbeitet werden, einem wichtigen Grundstoff für die Metall- und Glasindustrie.

Aus anderen Elementen im Wasser ließen sich außerdem einige hundert Tonnen Ammoniumsulfat-Dünger pro Jahr erzeugen. Ebenfalls will das Projektkonsortium untersuchen, inwieweit sich strategische Rohstoffe wie Lithium, Indium oder Tellur gewinnen lassen.

Bessere Umweltbilanz für den Bergbau

Bis Ende 2023 wollen die „TerZinn“-Partner verschiedene Anlagenmodule im Stollensystem installieren und erproben. Große Hoffnungen liegen seitens des Fraunhofer IKTS auf elektrochemischen Verfahren, mit denen sich das besonders giftige dreiwertige Arsen in leichter abtrennbares fünfwertiges Arsen überführen lässt. Zusätzlich können selektiv weitere Schadstoffe abgetrennt werden.

„Diese elektrochemischen Technologien standen bisher im Ruf, zu teuer zu sein. Wir wollen den Beweis antreten, dass dem nicht so ist“, erklärt Hans-Jürgen Friedrich, Projektkoordinator und Gruppenleiter am Fraunhofer IKTS. Das Konsortium plant auch, die Arsenkonzentration im behandelten Grubenwasser künftig automatisiert hydrochemisch zu überwachen; Industrie-4.0-Technologien sollen hierbei die Steuerung der Module übernehmen.

Darüber hinaus sind weitere Ansätze wie die Erprobung sogenannter „Constructed Wetlands“ geplant. Die Ergebnisse sollen später in großtechnische Lösungen einfließen, sowohl in Ehrenfriedersdorf als auch an anderen Bergbaustandorten in Deutschland oder auf der ganzen Welt.

„Bergbau hinterlässt einen großen ökologischen Fußabdruck im Wasserhaushalt der Erde“, sagt Friedrich. „Wir hoffen, dass unser Projekt dabei hilft, die Akzeptanz und die Umweltbilanz von Bergbau wieder zu verbessern.“

Informationen zu „TerZinn“

Am Projekt „TerZinn – Technologieentwicklung und Erprobung für nachhaltiges Wassermanagement und additive Rohstoffgewinnung am Modellstandort Zinnerzgrube Ehrenfriedersdorf“ beteiligen sich acht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft:

  • Zinnerz Ehrenfriedersdorf

  • G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft

  • Wismut

  • BIT Tiefbauplanung

  • Ibes

  • Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg

  • TU Bergakademie Freiberg

  • Fraunhofer IKTS

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Vorhaben mit rund einer Million Euro. „TerZinn“ gehört zum Bündnis „Recomine – Rethinking Resources“, das an der Schnittstelle von Umwelttechnologie, Ressourcentechnologie und Digitalisierung am Thema Bergbaualtlasten arbeitet.

Bildergalerie

  • Das Fraunhofer IKTS entwickelt für das Forschungsvorhaben kombinierte Elektrodialyse- und Elektrolyseverfahren, die Gruben- und Bergbauwässer aufbereiten.

    Bild: Fraunhofer IKTS

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