Je leest:

Crushers van de diepzee

Crushers van de diepzee

Auteur: | 7 november 2013

Duizenden meters onder water liggen zeer waardevolle materialen zoals kobalt, koper en het schaarse yttrium. Ze liggen als klompjes voor het oprapen, maar zitten ook verborgen in dik gesteente. Vanwege de extreme omstandigheden wordt het uiterste van de techniek gevraagd om ze naar boven te halen.

Dit is het tweede deel van een drieluik over diepzeemijnbouw. Lees ook het eerste deel over hoe de diepzee in kaart wordt gebracht en het derde deel over de ecologische impact van diepzeemijnbouw.

Het lijken wel aardappels die kilometers diep onder water voor het oprapen liggen. De mangaanknollen zijn ongeveer net zo groot als aardappels en zitten vol met waardevolle mineralen, zoals nikkel, koper, mangaan en kobalt. Daardoor zijn ze veel gewilder dan de piepers boven de waterspiegel.

Over de bodem rijdt een enorme machine op rupsbanden. Een voor een zuigt hij de mangaanknollen op, die via een kilometerslange pijpleiding naar het wateroppervlak gaan. “Dat is een gigantische stofzuiger op de zeebodem”, zegt Kris van Nijen. Hij is general manager van OceanflORE, een joint venture van scheepsbouwer IHC Merwede en baggeraar DEME die onder meer instrumenten voor de diepzeemijbouw ontwikkelt.

Oogsten in de diepzee.

Wondere waterwereld

Op deze manier willen een aantal bedrijven op de zeebodem gaan oogsten. Nu de mineralen en grondstoffen op land steeds schaarser worden, wordt gekeken naar de diepzee. Ook daar liggen waardevolle materialen, zoals koper, kobalt, nikkel en yttrium. Maar eenvoudig is het niet om ze er vandaan te halen. Niet voor niets moet het eerste project in de wondere waterwereld op kilometers diepte nog worden gestart. De plannen om aan diepzeemijnbouw te doen, bestaan voorlopig alleen nog op de tekentafel.

Een mangaanknol, die voor het oprapen ligt op de zeebodem.
Wikipedia

Het zijn de extreme omstandigheden die diepzeemijnbouw zo lastig maken. De afstand is bijvoorbeeld groot. “Alle techniek moet daarom goed werken. Het kost ontzettend veel tijd en geld als je een defect apparaat voor reparatie weer naar boven moet halen”, zegt Van Nijen. Sape Miedema (TU Delft, Offshore & Dredging Engineering) vult aan: “je kan het vergelijken met ruimtemissies. Je haalt ook niet zo even een marsrover terug naar aarde voor een reparatie.”

Onderwaterrotsen

Bovendien is de druk enorm, waardoor het uiterste van de techniek wordt gevraagd. Dat levert vooral problemen op wanneer grote machines stukken moeten lossnijden. Want niet alleen liggen op de zeebodem mangaanknollen voor het oprapen. Er zijn ook een soort onderwaterrotsen met waardevolle mineralen erin, die seafloor massive sulphide deposits worden genoemd. Machines gaan ze los snijden.

Deze Auxiliary Cutter van Nautilus gaat onderwaterrotsen te lijf. De man rechts op de afbeelding laat zien hoe groot de machine is.

Op zo’n drieduizend meter diepte is er 300 bar druk en dat zorgt voor problemen bij het los snijden. Als een machine een scheur in het gesteente maakt, stroomt er water in. “Maar dat gaat niet zo snel als de scheur vormt”, zegt Miedema. “Door de grote vormingssnelheid trekt de scheur vacuüm en ontstaat er een onderdruk van dezelfde orde van grootte als de sterkte van het gesteente.”

De ‘collecting machine’ van Nautilus verzamelt de brokjes die op de zeebodem liggen.

Daardoor zijn er veel grotere krachten nodig om het te laten splijten. “Onderdruk zuigt aan twee kanten en je kan dat vergelijken met een zuignap op een raam”, weet Miedema. “Ook die is er lastig af te trekken door de druk. Of neem vacuüm verpakte koffie. Die wordt niet voor niets keihard. De grote vraag is hoe zoveel vermogen op te wekken op de zeebodem om de druk de baas te blijven.”

Bedrijven in de diepzeemijnbouw zoals OceanflORE en het Canadese Nautilus Minerals denken die problemen de baas te kunnen. Maar hoe precies, daarover doen ze nog geheimzinnig. Met name vanwege de grote concurrentie. “De machines die wij ontwikkelen zijn zo ontworpen, dat ze de extreme omstandigheden aan kunnen zonder kapot te gaan”, laat woordvoerder Noreen Dilane van Nautilus weten.

Grof geschut

Deze ‘bulk cutter’ van Nautilus maakt hapklare brokken van het gesteente.

De beschrijvingen van Nautilus en OceanflORE van hun werktuigen voor de diepzee zijn er niet minder indrukwekkend om. Het is grof geschut. Zoals de tractorachtige stofzuigers, die de mangaanknollen oogsten. Alleen al de rupsbanden zijn net zo hoog als een mens. Doordat ze de knollen opzuigen, zijn de machines niet heel anders dan de huidige apparaten die zand van de zeebodem slurpen. “Ze lijken dus op wat baggeraars gebruiken om zand van de zeebodem te halen en elders weer op te spuiten, zoals bij de Tweede Maasvlakte bijvoorbeeld is gebeurd”, zegt Van Nijen.

Of neem de machines die de onderwaterrotsen kapot snijden. ‘Crushers’ worden ze genoemd. Ze krijgen waarschijnlijk een soort snijkoppen, die met dikke kartels de stenen kapot vermalen. Vervolgens kan de stofzuiger van de diepzee ze weer ophalen van de grond.

Pijpleiding

Niet alleen het ontwikkelen van de apparaten is in volle gang, ook hoe de waardevolle mineralen naar boven worden gehaald. Het vervoer door kilometers oceaanwater omhoog is namelijk ook niet eenvoudig. “Dat kan bijvoorbeeld via een pijpleiding die met pompen het spul naar boven pompt. Maar daarbij gaan de kleine deeltjes sneller dan de grote, omdat kleine kiezels een lagere valsnelheid hebben”, aldus Miedema.

Een geoloog van Nautilus bekijkt Seafloor massive sulfide deposits.

Wanneer teveel kleine stukjes de grote inhalen kan een opstopping ontstaan – ook wel plug genoemd. Met als gevolg dat de pijp dicht zit. “We voorspellen dat dit gebeurt vanwege de fysica, maar weten niet zeker of het zo is. Daarom ontwikkelt een van onze promovendi een methode om de opstopping tegen te gaan. Hij onderzoekt bij welke concentratie een opstopping ontstaat en of meer pompen plaatsen in het systeem helpt.”

De grote vraag is wanneer de lange pijpleidingen en grote machine in de diepzee aan de slag gaan. Niemand weet precies wanneer er op kilometers diepte gewerkt gaat worden. De een zegt binnen een paar jaar, maar het kan ook nog veel langer duren. “Het is met name een economische afweging”, zegt Van Nijen. “Wanneer kan het uit? Wij verwachten dat van vandaag tot 2030 de vraag naar mineralen enorm toeneemt. Vanwege de stijgende wereldbevolking en de toename van duurzame energie. Om zonnepanelen en windturbines te maken zijn metalen nodig en die vind je ook in de diepzee en steeds minder op land.”

Volgens Miedema gaat het er nu om wie het risico durft te nemen. “Vanuit de theorie kunnen we niet helemaal goed voorspellen wat er gebeurt. Er zullen ongetwijfeld kinderziektes optreden en dingen die we niet hebben voorzien. Investeerders moeten daarom bereid zijn om dat risico te nemen.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 07 november 2013

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.