Fraunhofer IKTS
Grubenwasser als wertvolle Wasserressource

31.03.2021 Ohne Rohstoffe aus Bergwerken ist technologischer Fortschritt in den Bereichen E-Mobilität oder Digitalisierung nicht möglich. Um die ökologischen Folgeschäden des Bergbaus zu verringern, erprobt ein Konsortium unter Leitung des Fraunhofer IKTS effiziente Technologien für die Aufbereitung von Gruben- und Bergbauwässern.

Das Fraunhofer IKTS entwickelt hocheffiziente kombinierte Elektrodialyse- und Elektrolyseverfahren für die Aufbereitung von Gruben- und Bergbauwässern, welche in der Zinnerzgrube Ehrenfriedersdorf/Erzgebirge erprobt werden.
© Foto: Fraunhofer IKTS
Das Fraunhofer IKTS entwickelt hocheffiziente kombinierte Elektrodialyse- und Elektrolyseverfahren für die Aufbereitung von Gruben- und Bergbauwässern, welche in der Zinnerzgrube Ehrenfriedersdorf/Erzgebirge erprobt werden.

Kontaminiertes Wasser soll in Zukunft so weit aufgereinigt werden, dass es als Brauchwasser nutzbar wird und zusätzlich Wertstoffe zurückgewonnen werden können. Für Pilottests unter Realbedingungen hat sich der Forschungsverbund den Zugriff auf einen Untertage-Versuchsstandort – eine Zinnerzgrube im Erzgebirge – gesichert.

Der Standort für das BMBF-geförderte Pilotprojekt TerZinn ist bewusst gewählt, denn die Bergbautraditionen reichen im Erzgebirge bis ins 13. Jahrhundert zurück und die Folgeschäden sind bis heute spürbar – wie am Beispiel des alten Bergwerks in Ehrenfriedersdorf deutlich wird. Neben Eisen, Fluorid und Sulfat belastet die stillgelegte Zinnerzgrube die Umwelt jährlich mit etwa 1,2 t Arsen-Verbindungen. In Hamburg sind rund 4 % des Arsens im Elbwasser auf das Bergwerk Ehrenfriedersdorf zurückzuführen. Erheblich sind die Auswirkungen auch in der unmittelbaren Nachbarschaft der alten Grube. Seit Jahren verzeichnet die Gemeinde Ehrenfriedersdorf einen hohen Arsen-Gehalt in ihren Klärschlämmen, die daher als Sondermüll entsorgt werden müssen.

Kontaminiertes Grubenwasser aufbereiten

Das wichtigste Ziel der Pilottests ist es, das kontaminierte Grubenwasser – einige Millionen Kubikmeter pro Jahr – so aufzubereiten, dass es als Brauchwasser genutzt werden kann. Im Rahmen der Pilottests sollen zudem 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 auch etwa 8 t Fluoride aus dem alten Bergwerk gespült. Gelingt es, diese Verbindungen abzutrennen, könnten sie zu Flussspat – einem wichtigen Grundstoff für die Metall- oder Glasindustrie – weiterverarbeitet werden. Aus anderen Elementen im Wasser ließen sich einige hundert Tonnen Ammoniumsulfat-Dünger pro Jahr erzeugen. Das Projektkonsortium wird ebenfalls untersuchen, inwieweit sich strategische Rohstoffe wie Lithium, Indium oder Tellur gewinnen lassen.

Großtechnische Lösungen

Bis Ende 2023 wollen die Projektpartner verschiedene Anlagenmodule im Stollensystem installieren und erproben. Große Hoffnungen liegen dabei seitens des Fraunhofer IKTS auf elektrochemischen Verfahren, mit denen sich das besonders giftige dreiwertige Arsen in leichter abtrennbares fünfwertiges Arsen überführen lässt. Zusätzlich können weitere Schadstoffe selektiv abgetrennt werden. Diese elektrochemischen Technologien standen bisher im Ruf, zu teuer zu sein.

Das Konsortium plant auch, die Arsenkonzentration im behandelten Grubenwasser künftig automatisiert hydrochemisch zu überwachen. Industrie 4.0-Technologien übernehmen die Steuerung der Module. Darüber hinaus werden weitere innovative Ansätze wie die Erprobung von sogenannten constructed wetlands untersucht. Die Ergebnisse sollen später in großtechnische Lösungen einfließen – in Ehrenfriedersdorf, aber auch an anderen Bergbaustandorten in Deutschland wie der Lausitz oder der ganzen Welt.

www.ikts.fraunhofer.de

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