太平洋の底は、穴の空いた石畳のある古い村の通りのようにでこぼこしています。潜水艦の巨匠は果てしなく長く見える。潜水艦でクラリオン・クリッパートン帯を横断すると、端から端まで 4 日かかります。ハワイとメキシコ西海岸の間にあるこの深海地域は、幅が 4,000 キロメートルにも及びます。ジャガイモ大のマンガン塊が柔らかい堆積物の上に密集して存在しており、泥の中に少し沈んでいますが、はっきりと見えます。世界中でここほどマンガンノジュールが多い場所はありません。鉱物の塊をこれほどきれいに並べるには、舗装職人が約1,000年かかったでしょう。しかし、海底約5,000メートルの真っ暗闇の中で、仕事をしている人は誰もいなかった。この塊は、死んだ藻類や小さなカニ、ケイ酸塩の殻や炭酸カルシウムの殻など、上から滴り落ちてくるものによって栄養を与えられ、何百万年もかけて成長してきました。この有機廃棄物には、微量の有価金属が含まれています。時間が経つにつれて、それらは海底の原材料の塊に蓄積されます。塊茎は、小さな結晶核の周りの真珠のように、100万年で約3ミリメートル成長します。これらは石の破片やサメの歯である場合もあります。マンガン、鉄、ニッケル、銅、コバルトにより、塊茎は人気の原料となります。
それにもかかわらず、深海の宝物については20年間沈黙が続いた。 1970 年代とは比べものになりません。当時、大手鉱山会社はまさに有頂天でした。先進国は新たな鉱床を求めて世界中を旅しました。石油危機の衝撃は彼らの心に深く刻まれていた。西側諸国は、原材料に関しては、少数の国に依存しすぎるのは良くないことを認識していました。当時ドイツ最大の鉱山会社であるプロイサークは、米国、日本、カナダの企業と協力して、海で使用する収穫機械を迅速に開発しました。 1978 年、最初の塊茎収穫機「コレクター」が太平洋の海底に着陸しました。自動で作動する芋虫です。彼女はマンガン団塊を地面から拾い上げ、太いホースを介して巨大なポンプを使って海面まで運びました。しかし、幻滅はすぐに続きました。その後すぐに、陸地で新しい金属鉱床が発見されました。金属価格は下落し、比較的複雑で高価な海洋採掘は採算のとれない事業に変貌した。
しかし、眠れる森の美女の眠りはもう終わりです。アジア、特に中国とインドの経済ブームにより、近年金属価格が大幅に上昇しているため、深海での探鉱はすぐに価値のあるものになるでしょう。専門家らは、価格暴落を引き起こした現在の経済危機が当分の間、この状況を変えることはないと確信している。ハノーバーの連邦地球科学天然資源研究所（BGR）の海洋資源探査の専門家、カールステン・リューレマン氏は、「その必要性は現在も弱まっていますが、依然として存在しています」と語る。先進国、特に金属を輸入しなければならないドイツに対しては、新たな請求権を確保するよう強く勧められる。 「結局のところ、地域の探査から採掘の開始までに 15 年かかることもあります」とリューレマン氏は言います。
1兆トンのマンガンノジュール
原材料に関して言えば、世界は現在、これまでにないほど海外に進出しています。これはマンガンノジュールだけではありません。金属は、鉱石の地殻、いわゆる塊状硫化物、そして大西洋、太平洋、紅海の鉱石スラッジなど、他の場所にも眠っているからです。ただし、塊茎が最大の塊を占めます。専門家らはその量を世界中で約1兆トンと見積もっており、これは数十年にわたって続く巨大な供給量となる。陸上にある最大の鉱床の重さは最大100億トンで、これはすでに信じられないほどの量です。しかし、まだ収穫の時期ではありません。 BGR は 2009 年春に入札に向けて最初のコンセプトスタディを提出しました。目標は、いわば 1978 年の深海用キャタピラをハイテクにアップデートした現代のコレクターを開発することです。これは、20年間事実上何も起こらなかった後の海洋採掘への明確な取り組みです。鉱山機械の開発がゆっくりと続けられたのはアジアだけでした。現在インドと韓国が先頭に立ち、技術者らはすでに最初のプロトタイプを立ち上げている。
新しいテクノロジーは、環境保護要件など、多くの要件を満たさなければなりません。 1978 年の収集システムは、金属を含む団塊を含む堆積物を船上で泥の雲として海に洗い流すだけでした。今日ではもうそれほど簡単ではありません。研究者らは、泥の塊が海流とともに漂流し、サンゴ礁などの他の生息地を埋めてしまう可能性があると懸念している。 21 世紀の収集家は、水中の大量の堆積物をかき混ぜることなく、求められている原材料を収集できなければなりません。
鉱石泥の湖
大量の硫化物や鉱石の泥に関しては、すでにゴールドラッシュの雰囲気が漂っています。言葉の本当の意味で、これらの海底鉱床には実際に貴金属が産出されるからです。それらは、構造プレートが離れて漂流して海底に亀裂や亀裂を生じさせる場所で形成されます。そこでは、海水が地殻の深さ 2 ～ 3 キロメートルに浸透し、マグマだまりで加熱されて海に逆流します。水は地下を移動するときにミネラルを運びます。それらは何千年にもわたって温泉に堆積しており、場合によっては巨大な鉱石の山が作られ、鉱石の泥でできた湖が紅海に形成されました。銅、銀、金、インジウム、ゲルマニウムなど、世界の原材料取引所で高値で取引されているあらゆるものがそこで入手可能です。
カナダとオーストラリアの海洋採掘会社ノーチラス ミネラルズは、パプア ニューギニア沖で大量の硫化物を掘削する準備ができています。チップや太陽光発電分野などの成長するハイテク産業では、そこに埋め込まれたさまざまなレアメタルが緊急に必要とされています。同社の背後には強力な株主がいる。カナダのテック・コミンコ、ロシアのメタロインベスト・グループの子会社であるガズメタル、そして英国と南アフリカのアングロ・アメリカンの世界最大の原材料会社3社がノーチラスを支援している。深海採掘の技術はほぼ完成しました。 「ドリルを使って鉱石や岩石の塊を半液体のスープに砕きます。 「その後、ポンプで船に送ることができます」と海洋学者でドイツ海事技術協会の理事であるヨハネス・ポスト氏は言う。ノーチラス・ミネラルズの計画によると、ドリルは一種の高床式ロボットの上に設置され、ギザギザの岩の上を登り、金属を含む鉱石を外科的に正確に採取して粉砕する可能性がある。 「マンガン結節とは異なり、この技術は 90% 開発されています」とポスト氏は言います。 「ノーチラス・ミネラルズ社はまだ設備を構築していませんが、会社が希望すれば1年以内に採掘を開始できるでしょう。」
世界中で約 200 の巨大な硫化物地域が知られています。マンガンノジュールと比較すると、これらの堆積物は大きさが数 100 メートルと控えめです。大規模な硫化物ビジネスには次のことが当てはまります: 小さいながらも強力です。また、深海の堆積物中の原材料含有量が陸上よりも大幅に高いことも魅力的です。そこでは金属含有量が 0.5% の銅から鉱石を採掘する価値があります。このような地上鉱山では、戦利品1トン当たり金属がわずか5キログラムしか生産されない。しかし、海底の鉱石には、陸上の15倍にあたる最大7パーセントの銅が含まれており、その他の貴金属も少量含まれています。解体を始めるにはこれで十分です。ノーチラス・ミネラルズは２０１０年に掘削を開始する予定だったが、世界経済危機と金属価格の下落を考慮して掘削を２０１１年まで延期した。しかし、業界内で海底採掘が近い将来に始まることを疑う人はほとんどいません。
紅海の底でも間もなく事態が不安定になる可能性がある。そこでは、摂氏 70 度の鉱石スラッジが第 2 大西洋低気圧の海底盆地に保管されています。成分は塊状硫化物と似ています。 1979 年 5 月、プロイサークとその協力パートナーは海面にあるヘドロを初めて吸引し、分析しました。ちょうど 30 年後、サウジアラビア政府は自国の企業に初めての採掘ライセンスを付与しました。近く水深2,400メートルで海洋採掘が始まると予想されている。
堅牢なポンプとライン
スラッジには、石油と同様の方法で汲み上げることができるという利点があります。だからこそ、既製のコンベヤー技術を使用できる可能性があります。ノーチラス社のエンジニアは、大量の硫化物を扱うのにさらに苦労しています。鉱石には黄鉄鉱という鉱物が含まれており、これは非常に硬く、サンドブラストのように表面を摩耗させます。鉱石採取用のポンプとパイプは、それに応じて堅牢になるように設計する必要があります。 「それでも、大規模な硫化物採掘はうまくいくだろう」とポスト氏は確信している。 「ダイヤモンドを含む岩石は、ナミビアと南アフリカ沖の大西洋の底で、一種のトンネルボーリングマシンを使用して長年にわたって採掘されてきました。この技術は日常使用に適していることが証明されています。」
国連機関、ジャマイカのキングストンにある海底当局である国際海底当局（ISA）は、1990年代半ばから海底の利用を監視している。海洋法に関する国際条約は1994年から発効しています。同法では、公海は「一般に許容される使用のために」すべての国に開放されており、深海底は宇宙や南極と同様に「人類共通の遺産」であると規定している。これは、ISA が新興国や発展途上国のために鉱区の一部を確保し、強力な先進国が最良の鉱区だけを掘り起こすのを防ぐことを可能にするため、理にかなっています。海底から資源を採取したい人は、キングストンに申請をしなければなりません。マンガンノジュールの採掘は、環境要件も含む鉱業規制によって規制されています。採掘はエリア全体に計画されるのではなく、手つかずのエリアが保存されるようにパッチワークパターンでのみ許可されます。 「海底の多くの場所では山が多いため、いずれにしてもそうなるでしょう」とリューレマン氏は言う。 「そこでは塊茎を収穫することはできません。」しかし、大量の硫化物の採掘に対する国際的な規制はまだありません。
生態系への深刻な干渉
海洋採掘の新たな目覚めとともに、環境破壊に対する昔ながらの恐怖も再び浮上しています。すでに 1970 年代の終わりには、海底の土砂からの土砂雲に関する警告が出ていました。現在では、より洗練された概念が存在します。ホースは、泥が所定の位置に留まるように、泥の負荷を水の深い層に押し戻すことを目的としています。それにもかかわらず、海洋露天掘りは深海の生息地への大きな侵入となるでしょう。 「塊茎が収穫される場所では、広い範囲で生息環境が大きく乱されています」とキールの海洋研究所IFM-Geomarの地質研究者スヴェン・ピーターセンは言う。ピーターセン氏は、この地域は完全には伐採されていないため、すぐに無傷の地域から再び人が集まるだろうと信じている。
同氏にとって、大量の硫化物の採掘は「プロセスがはるかに小規模で行われるため」問題がはるかに少ないという。さらに、大規模な塊状硫化物地域は、人口が密集している温泉がすでに枯渇した場所に位置しています。活動的な黒人喫煙者とは対照的に、海底には大きな動物はほとんどいません。それにもかかわらず、ピーターセン氏は、海洋原料地域のコミュニティはさらに調査する必要があると述べています。海底の生物学に関しては、多くの領域がまだ完全には研究されていません。
水でできた檻
しかし、鉱山労働者を深海へ誘い込むのは金属だけではありません。大きな陸地が数百メートル、場合によっては数千メートルにわたって急落する大陸の斜面には、膨大な量の氷のようなメタンハイドレートが眠っている。実際にはガス状のメタンは、水でできた固体分子ケージに保管されます。メタンはより深く暖かい土壌層から発生し、上向きに泡立ち、最終的には 350 気圧以上の圧力の下、海底の冷たい水中でハイドレートとして凝固します。世界のメタンハイドレート埋蔵量は膨大です。専門家の推計によれば、そこには1000億トンから5兆トンの炭素が含まれているという。これは、ガス、石油、石炭の燃焼によって年間に放出される量の 100 ～ 500 倍です。将来的には、このほぼ想像を絶する供給量が、同様に 90 パーセント以上がメタンで構成される天然ガスと同様に収穫され、販売されることになります。しかし、採掘技術はまだ不足しています。 10年前にはメタンハイドレートについて聞いた人はほとんどいませんでした。研究者らは海底から白っぽい塊を偶然拾った。空気中で蒸発していたメタンが発火し、研究者らは深海に未開発の原料があることに気づきました。特に日本、韓国、ノルウェーは近年、メタンハイドレート生産の初期コンセプトを開発しました。
最初のメタンハイドレート鉱床を発見した IFM-Geomar のキール研究者たちは、当初は科学的な詳細に興味を持っていました。キール研究所のメタンハイドレートの専門家で地質学者のクラウス・ウォールマン氏は、「メタンは原料源として私たちにとってあまり意味がないと思われました」と回想する。 「それはただの化石資源であり、その燃焼により気候変動が悪化する可能性がありました。」ウォールマンらは、メタンハイドレートがどのように形成されるのか、特定の海底でメタンハイドレートがどこでなぜ発生するのか、海洋生物の食料としてどのような役割を果たしているのかを調査した。
そして、大きな衝撃が続きました。北極のスピッツベルゲン島沖での探検中に、キールの人々は英国の研究者とともに、メタンが流出しているメタンハイドレート鉱床に遭遇しました。メタンは、温室効果に何倍も寄与するガスです。二酸化炭素（CO2）。どうやら海底の水温が臨界値を超えて上昇したようだ。暖かくなりすぎるとメタンハイドレートが溶解しますが、これはおそらく気候変動の結果です。海底で溶けたハイドレートの塊、海底地滑り、巨大な津波などの恐ろしい光景が駆け巡った。
メタンは出て、CO2は入ってくる
研究者たちは長い間途方に暮れていました。しかしその後、非常に興味深い現象が IFM Geomar で発見され、メタン採取が突然違った見方をするようになりました。実験室では、二酸化炭素ガスを使用してハイドレートからメタンを追い出すことができました。CO2 がハイドレートに浸透し、メタンを置き換えます。したがって、ハイドレートに CO2 をガス供給することでメタンを回収できます。興味深いのは、メタンが泡立つと、二酸化炭素が結合して固体のハイドレートセメントを形成することです。これは、元のメタンハイドレートよりもはるかに熱安定性が高くなります。これにより、ハイドレートから得られるメタンをガス発電所で燃やして熱と電気を利用するという魅力的な収穫シナリオが生まれます。放出された二酸化炭素は分離されて一時的に貯蔵され、ハイドレートからメタンを追い出すために埋め立てのために海底に送られる可能性がある。これは一石三鳥となる。メタンを利用でき、二酸化炭素を安全に貯蔵でき、水温が上昇しても海底のハイドレートを安定に保つことができる。
現在、キールの人々は他の研究機関と協力して、研究プロジェクトで「イン・アウト法」を海中でどのように実現できるかを研究している。アラスカにあるノルウェーとアメリカの共同企業体は現在、陸上の永久凍土でCO2とメタンの交換が実際に機能するかどうかを試験している。 2008年にはすでに日系アメリカ人のチームが、地中数百メートルの深さに貯蔵されたハイドレートからメタンを放出できることを証明することができた。一方ではハイドレートを加熱することによって、他方ではハイドレート内の圧力を解放することによって。ボーリング穴。このような試験は陸上で比較的簡単に実施できます。 2012年以降、このプロセスは日本沖の大陸斜面で初めて海上でテストされ、最初のメタンが得られることになる。ウォールマン氏はリスクを承知している。海底で掘削すると、ハイドレートの上の堆積物層が引き裂かれることが考えられます。メタンは制御不能に流出し、温室効果ガスとして大気中に上昇するでしょう。これを回避するには、深い堆積物のみを採取する必要があります。そして、堆積物の圧力が高すぎると、海底が破裂する可能性があります。ウォールマン氏は、解体するときは 10 バールを超えないようアドバイスします。
研究者は、メタンハイドレートが工業的に採掘できるようになるまでには、まだ何年もの開発作業が必要であると考えている。しかし、海洋採掘産業はすでに活況を呈している。大量の硫化物の採取が目前に迫っており、鉱山会社はメタンハイドレートにしっかりと目を向けています。 「石油会社は、鉱物資源が深海で採掘できることを長い間実証してきました」と IFM-Geomar のスヴェン・ピーターセン氏は言います。両社はすでに深さ3,000メートルまでの黒金を採掘している。
マンガンノジュールへの関心も再び高まっています。 BGRは、クラリオン・クリッパートン帯におけるドイツの採掘権を確保しており、その面積はバイエルン州の面積に相当する約75,000平方キロメートルである。 2008 年の BGR 研究者による太平洋遠征の後、2009 年に別の調査旅行が始まりました。マンガンノジュールがどのように分布し、どの領域の密度が特に高いかを明らかにすることを目的としています。おそらく、東太平洋の眠そうな潜水艦の大物たちをめぐって、間もなく多くの活動が起こるだろう。 ■
オルデンバーグの科学ジャーナリスト、ティム・シュレーダーにとって、深海は地球上で最も魅力的な地域の 1 つです。
ティム・シュレーダー著
財務省
あらゆる種類の原材料が深海の暗闇の中に大量に保管されていますが、その使用は複雑で高価であり、敏感な海洋生態系も脅かしています。現在、研究者や企業は、新しい方法と環境に優しい方法を使用して、海の宝物を回収しようと大胆に取り組んでいます。
46ページ
ネプチューンのエルドラド
原材料価格の上昇により、海底での鉱石採掘が再び興味深くなりました。現在の経済危機でもこの傾向は止まらない。
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スポンジのレシピ
海洋生物は、薬学者に新しい薬のための豊富な有効成分を提供します。
60ページ
地球工学がなければ気候の大惨事が起こるでしょう
海を肥やすことは気候変動を遅らせると考えられています。ドイツとインドの実験に関するヴィクトル・スメタチェク。
63ページ
流れからの電気
ドイツの新技術により、環境に優しい方法で海水から発電することができます。
原料ハンターの領域
貴重な原材料は、世界の海洋のほぼどこにでも保管されています。マンガンノジュールは何百万年にもわたって海底で成長し、中部および東部太平洋のほか、アルゼンチン沖、南アフリカ沖、メキシコ湾およびインド洋南部のより広い地域に集中しています。メタンハイドレートの堆積物は、大陸棚が深海に急落しているほぼすべての大陸の斜面にあります。高圧かつ低温であるため、メタン氷の形成には理想的な条件が整っています。北極には冷凍メタンハイドレートも大量に保管されている。世界中の鉱床には、合計で推定 1,000 億トンから 5 兆トンの炭素が含まれており、メタン分子の形で化学的に結合しています。ブラックスモーカーでは、銀や金などの金属を多く含む硫黄化合物である大量の硫化物が生成されます。海底のこれらの温泉は、中央海嶺（地殻プレートの継ぎ目）に沿った狭い帯状に存在し、その下で溶けた岩石が深部から泡立ち、固まって海底の新しい海洋地殻となります。熱水は岩石から溶け出した微量元素を上方へ洗い流します。
環境に配慮した深海採掘
世界中の技術者は、深海の敏感な動植物への影響をできるだけ少なくするために、海底の原材料（マンガンノジュールなど）の採掘方法に取り組んでいます。 2隻の船の間に張り巡らされ、集められたマンガン団塊を上方へ運ぶバケツ旅団は、比較的大きな被害をもたらします（左）。海底で無限軌道車両を駆動する圧力システムまたはポンプ システムは、より環境に優しいものです。塊茎はホースを介して引き上げられます（中央）。 3 番目の技術は、海底から一定の距離で浮遊するコレクターに依存しています (右)。 「優しいコレクター」は、採取した塊茎から泥や小さな海洋生物を取り除いてから発送します。
塊茎コレクターのためのFUND PIT
東太平洋のクラリオン・クリッパートン帯では、多数のマンガンノジュールが海底に横たわっています。ジャマイカのキングストンに本拠を置く国連機関である国際海底当局 (ISA) は、潜在的な鉱区を管理し、ライセンスを発行しています。連邦地球科学天然資源研究所はドイツのために約75,000平方キロメートルを確保しており、現在詳細な調査が行われている。中国、フランス、インド、日本、韓国、ロシア、そして東欧諸国とキューバのコンソーシアムは現在、クラリオン・クリッパートン帯でのマンガン団塊の採取競争に参加している。ただし、利用可能な請求額の半分は引き続き ISA の管理下にあり、発展途上国および新興国向けに確保されています。 ISA による管理から除外されているのは各州の主権領域であり、その経済的利用は各国が自ら決定することができます。地球上の小さな青い四角形は、クラリオン・クリッパートン帯の地理的位置とサイズを示しています。
高く飛んだ後に墜落
コバルト、ニッケル、銅の世界市場価格は、ここ数十年間の工業生産にとって重要な金属の価格動向を示す例です。コバルト価格は、石油危機の影響で1980年頃から長期にわたる一進一退の時期と急激な高騰を経て、2000年代に入ってからは主に新興国の経済好転により価格が上昇しました。中国とインドでは、2008 年に価格が記録的な水準にまで高騰しました。その後、最近の世界経済危機により価格が大幅に下落しました。しかし専門家らは、コバルト、ニッケル、銅などの金属原料は間もなく再び高価になるだろうと確信している。
海の底にある金属製のキッチン
「ブラック・スモーカーズ」の煙突の近くには、鉱石含有量の高い大量の硫化物が見つかります。これらの温泉は、中央海嶺に湧き出ています（地図「原材料ハンターの領土」を参照）。岩の亀裂を通って深さ 3 キロメートル以上の地層に浸透した海水は、摂氏 350 ～ 400 度まで加熱され、金属を吸収した後、熱水として海底に上昇し、そこで冷たい塩水と反応します。 。硫黄を含む金属鉱石は、ブラック スモーカーズ周辺のガレの斜面に堆積しています。これは、人気の塊状硫化物です。研究者らは最近、「ホワイトスモーカー」を発見しました。彼らの熱湯噴水には主にバリウム、カルシウム、シリコンが含まれています。
コンパクト
· 20年間の休眠期間を経て、海底のマンガン団塊への関心が再び浮上している。これらには、産業にとって貴重な金属が多数含まれています。
· 銅と金を高い割合で含む大量の硫化物の採掘が、今後数年以内に始まると予想されている。
・メタンハイドレートは原料源として天然ガスに代わる可能性がある。この物質の開発された鉱床には、発電所からの二酸化炭素が補充される可能性があります。
タイトルなし
有望な先端技術にとって重要な多くの金属の必要性は、今後 20 年間で劇的に増加すると考えられます。これは、カールスルーエのフラウンホーファーシステムイノベーション研究所とベルリン未来研究・技術評価研究所の科学者らによる研究の結果である。
増大する飢餓
今日の世界総生産量に対する金属原料の世界需要
原材料要件 2006 要件 2030 適用例
ガリウム 0.28 6.09 薄膜太陽光発電、統合型
回路、白色LED
ネオジム 0.55 3.82 永久磁石、レーザー技術
インジウム 0.40 3.29 ディスプレイ、薄膜太陽光発電
ゲルマニウム 0.31 2.44 光ファイバー ケーブル、赤外線光学
テクノロジー
スカンジウム低 2.28 固体酸化物燃料電池、
アルミニウム合金
プラチナ低 1.56 燃料電池、触媒
タンタル 0.39 1.01 マイクロキャパシタ、医療技術
銀 0.26 0.78 RFID、鉛フリー軟半田
錫 0.62 0.77 鉛フリー軟半田、透明電極
コバルト 0.19 0.40 リチウムイオン電池、液化
石炭・ガス・バイオマス
パラジウム 0.10 0.34 触媒、海水淡水化
チタン 0.08 0.29 海水淡水化、インプラント
銅 0.09 0.24 効率的な電気モーター、RFID
セレン低 0.11 薄膜太陽光発電、合金
ニオブ 0.01 0.03 マイクロコンデンサ、鉄合金
ルテニウム 0 0.03 色素太陽電池、チタン合金
イットリウム低0.01高温超伝導、レーザー技術
アンチモン低低マイクロキャパシタ
クロム 低 低 海水淡水化、海洋技術
