Bergbau 4.0: sicher, sauber, digital und autonom

Wegen seiner überragenden Bedeutung für die Gesellschaft gab es schon früh rund um den Bergbau, die Nutzung und Verarbeitung der gewonnenen Industrierohstoffe und die dazu erforderlichen Maschinen Forschung – aus ihr ist letztlich die RWTH Aachen entstanden. Deren Fakultäten brachten und bringen bis heute viele Erkenntnisse und praxisrelevante Innovationen hervor, die, wie das Beispiel Bergbau zeigt, weltweite Beachtung fanden und finden – damals wie heute. Und in Zukunft!

Dennoch hat der Bergbau in großen Teilen der Öffentlichkeit keinen guten Ruf. Sein Image ist geprägt von den vier Ds: Dark, Dirty, Dusty, Dangerous – der rußschwarze, hustende Bergmann ist seine Inkarnation. Professorin Dr-Ing. Elisabeth Clausen, Leiterin des Instituts für Advanced Mining Technologies (AMT) an der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der RWTH Aachen, will das veraltete, buchstäblich staubige Image aufpolieren: durch Bergbau 4.0. Und dies nicht als Selbstzweck, der für uns alle notwendige Bergbau soll sicher, sauber, autonom und ökologisch und damit auch sozial akzeptierter werden – durch ihre Forschungsschwerpunkte Digitalisierung und Automatisierung. Gemeinsam mit ihrem interdisziplinären Team von etwa 70 jungen und kreativen Köpfen forscht sie an neuen Lösungen und Technologien im Bereich sensortechnischer Systeme und deren Integration in Bergbaumaschinen und -prozesse für die Gewinnung von Rohstoffen im Tiefbau, Tagebau und Tiefseebergbau. Damit trägt sie durch die Entwicklung von robusten, vernetzten und autonomen Systemen zu einer nachhaltigen und verantwortungsvollen Rohstoffversorgung bei.

Selbst mit einer „perfekten“ weltweiten Recyclingkette bräuchten wir die Rohstoffe des Bergbaus zur weiteren Vergrößerung des Inventars an Rohstoffen, die im Einsatz sind, beispielsweise um die Energiewende und den Klimaschutz erst zu ermöglichen: Der Bedarf an einzelnen Rohstoffen, unter anderem für Batterien und andere Zukunftstechnologien, wird weltweit ansteigen, bei immer schwieriger werdenden Abbaubedingungen. So wie es kein Perpetuum mobile geben kann, kann es auch kein „perfektes“ Recycling geben, es wird immer zu Verlusten aus dem Kreislauf kommen, die ersetzt werden müssen.

Deswegen gehe es darum, so Clausen, den Bergbau sicherer zu machen, seinen enormen Energiebedarf zu reduzieren und seine ökologischen Folgen zu minimieren. Die Vision ist ein minimal invasiver und nahezu unsichtbarer Bergbau, in dem sich eine völlig autonome Maschine durch die Lagerstätte arbeitet und Rohstoffe mit erneuerbaren Energien fördert, im Einklang mit den wachsenden und konkurrierenden Nutzungsansprüchen, die sich aus den ökologischen Zielen ergeben.

Am AMT bringen Elisabeth Clausen und ihr Team den Maschinen im Bergbau das „Fühlen“, „Sehen“, „Hören“ und „Lernen“ bei, das heißt die eingesetzten Maschinen erhalten eine Vielzahl neuer Sensoren und werden „intelligent“ gemacht und kommunizieren miteinander: „Smart Mining“ – die Rohstoffgewinnung der Zukunft. Die am AMT entwickelten Technologien schaffen die Basis für einen angestrebten autonomen und ressourceneffizienten Bergbau. Selbstfahrende und natürlich elektrisch betriebene Fahrzeuge wissen, wann sie wohin fahren müssen und welche Aufgabe sie dort autonom erfüllen müssen.

„Kleine Effizienzgewinne bewirken hier sehr viel: man muss sich dafür nur vorstellen, dass manche Bergwerke unter Tage über Streckensysteme von mehreren Hundert Kilometern verfügen – und dass man für die Gewinnung vieler Metalle das Hundertfache ihres Gewichts an Gestein bewegen und anschließend aufbereiten muss. Weniger Abraum, weniger Bewegung, mehr Autonomisierung spart Energie und erhöht die Sicherheit“, erläutert Professorin Clausen.

Bergbau 4.0 ist damit auch Teil der nationalen Rohstoffstrategie, die auf drei Säulen fußt: heimische Rohstoffgewinnung, Importsicherung und Recycling. Denn der vom AMT forcierte Bergbau 4.0. trägt dazu bei, den Bergbau in Europa einerseits sowohl sozial akzeptierter als auch wieder wirtschaftlicher zu machen und andererseits durch Wissenstransfer in andere Bergbauländer den zukünftigen Import von Rohstoffen zu sichern. Der Bergbau weltweit braucht Innovationen, um knapper werdende und schwieriger zu fördernde Rohstoffe nachhaltig und wirtschaftlich abbauen zu können. Mit über 95 Prozent Exportanteil stellt der bergbaubezogene Maschinenbau in Deutschland diesen Wissenstransfer seit Jahren unter Beweis.