„Eco Mining Concepts ist ein Kooperationsnetzwerk, welches uns ermöglicht, unsere Fähigkeiten und Erfahrungen mit deutschen Technologien zu integrieren”

Das Jahr begann mit der Registrierung der ersten Mitglieder unseres neuen Netzwerks Eco Mining Concepts. Hier stellen wir Ihnen die ersten Mitglieder vor. Raúl Gúzman von JHG Ingeniería, Luis César González von RepairCo und Hugo Enriquez von Hager + Elsässer sprachen mit uns über Eco Mining Concepts, die Nachhaltigkeitsherausforderungen des chilenischen Bergbaus und die Rolle, die Deutschland auf dem Weg zu einem nachhaltigeren Bergbau spielen kann.

Was war Ihre Motivation, Mitglied bei Eco Mining Concepts zu werden?

Luis González, RepairCo: Zweifellos war es die Möglichkeit Innovationsströmungen kennenzulernen, die in Deutschland in so spezifischen Themen wie Effizienz (Energie und Wasser), Smart Mining und Nachhaltigkeit in der Wertschöpfungskette auf der Grundlage von Standards beschrieben werden und sich daran zu beteiligen. Es geht uns aber auch darum, unsere Erfahrungen auf dem Gebiet der Wartungs-, Wiederaufarbeitungs- und Automatisierungsaktivitäten in Fluidtransportsystemen einzubringen.

Raúl Gúzman, JHG: Bei JHG sind wir davon überzeugt, dass der chilenische Bergbau in der Nachhaltigkeit seiner Aktivitäten vorankommen muss. Eco Mining Concepts ist ein Kooperationsnetzwerk, das es uns ermöglicht, unsere Fähigkeiten und Erfahrungen mit deutschen Technologien zu integrieren und so unseren Wertbeitrag zum Bergbau zu bereichern.

Hugo Enriquez, H+E: Hager Elsässer ist ein Unternehmen mit mehr als 100 Jahren Erfahrung in der Wasserwirtschaft, dessen Ziel seit seiner Gründung die Behandlung und Rückgewinnung von Industrieabwässern ist. Die Bergbauindustrie hat eine große Chance, zu einer nachhaltigen Industrie aufzusteigen und eine ihrer großen Herausforderungen ist die effiziente und nachhaltige Nutzung von Wasser.

Wo sehen Sie die größte Herausforderung und das größte Potenzial für den Übergang zu einem nachhaltigeren Bergbau?

Raúl Gúzman: Das größte Potenzial sehen wir in der Optimierung der Produktionsprozesse, sowohl durch neue Technologien als auch durch die Reduzierung der betrieblichen Variabilität. Die größte Herausforderung betrifft die kulturellen Aspekte der neuen Generationen, wie hohe Fluktuation, weniger Engagement, geringes Zugehörigkeitsgefühl und dergleichen. Die Herausforderung besteht darin, die Bergbauarbeiter von morgen schon heute mit Hilfe von Innovationsressourcen und -technologien zu begeistern.

Hugo Enriquez: Die großen Herausforderungen liegen in der Rückgewinnung von Abwasser, dazu gehört auch die Rückgewinnung von Wertstoffen (Cu, Mo, SO4, Ni, Ge, Co) im Wasseraufbereitungsprozess und der effiziente Betrieb bei der Nutzung von Prozesswasser in der Bergbauindustrie.

Herr Gúzman, JHG Ingeniería ist ein Unternehmen mit langjähriger Erfahrung im Bergbau. Was ist die größte Veränderung, die Sie in den letzten Jahren in Sachen Nachhaltigkeit beobachten konnten?

Raúl Gúzman: Die auffälligste Veränderung hängt mit der Überzeugung des Top-Managements der Unternehmen zusammen, dass Nachhaltigkeit ein Schlüsselfaktor der Prozesse und Operationen im Bergbaugeschäft ist. Unternehmen müssen sich eine „Social License to Operate“ erarbeiten, die Umweltaspekte und die Beziehung zu anliegenden Gemeinden und Interessensgruppen umfasst.

Und wie tragen Ihre Unternehmen zu diesem Wandel bei?

Luis González: Heute liegt der Schwerpunkt unserer Entwicklung für die nächsten drei Jahre auf der vorausschauenden Fernwartung, der Betriebsoptimierung und der Energieeffizienz, um mit der Unterstützung strategischer Partner skalierbare Produkte und Dienstleistungen für die Region zu generieren.

Raúl Gúzman: Bei JHG haben wir unser Leben (mehr als 30 Jahre) der energetischen Optimierung von Prozessen sowohl aus technologischer Sicht als auch durch die Entwicklung von Human Resources gewidmet. Das hat uns bestätigt, dass ein angemessenes Wissensmanagement ein wirksames Instrument ist, um die Wertschöpfung der Mitarbeiter in ihrem Unternehmen zu fördern und langfristig zu projizieren.

Hugo Enriquez: Mit mehr als 30.000 Anlagen weltweit sind wir in der Lage, ganzheitliche Lösungen für die verschiedenen Wasserprozesse zu liefern. Wir analysieren die Anforderungen, bestimmen den effizientesten Behandlungsprozess, entwerfen, fertigen, installieren und betreiben Wasseraufbereitungsanlagen.

Welche Rolle kann Deutschland bei der Lösung dieser Herausforderung spielen?

Luis González: Deutschland spielt seit Jahren eine grundlegende Rolle bei der Einführung neuer Technologien in der chilenischen Industrie und sein Beitrag wird entscheidend dazu beitragen, dass Industrie 4.0 in unsere Produktionsprozesse integriert wird.

Basierend auf einer lokaleren Vision glauben wir, dass es interessant wäre, eine stärkere Integration von Wissen und Möglichkeiten mit Dienstleistungsunternehmen in Chile zu erreichen. Das Ziel: Neue Lösungen bei Produkten und Dienstleistungen zu fördern, die an die Anforderungen des Bergbaus in Chile angepasst sind.

Herr Enriquez, als Vertreter von H+E, einem deutschen Unternehmen in Chile: Was raten Sie den Anbietern von Green Technology in Deutschland, die in den chilenischen Markt expandieren wollen?

Hugo Enriquez: Deutsche Unternehmen müssen ihre Produkte und Dienstleistungen an die chilenische Realität anpassen. Sie müssen analysieren, was die tatsächlichen Anforderungen der lokalen und südamerikanischen Bergbauindustrie sind. Die Aufteilung der Prozesse zwischen Deutschland und Chile kann bestimmt werden und ob die Produkte in Deutschland entwickelt und nach Chile gebracht werden können, oder ob eine Produktionskapazität vor Ort aufgebaut werden muss.

Herr González, RepairCo unterhält bereits Geschäftsbeziehungen zu Deutschland. Was sind die wichtigsten Merkmale, die Sie bei einem Lieferanten und/oder Partner suchen?

Luis González: Was wir von einem Lieferanten/Partner erwarten, ist ein hoher Grad an Integration, offene Protokolle und die Anpassungsfähigkeit seiner Produkte, zum Beispiel in Bezug auf die Schutzniveaus (IP / NEMA) für den Einsatz im Bergbau, die Fähigkeit, Energie aus verschiedenen Quellen zu gewinnen und zu speichern (auf der Ebene von Sensor und Gateway), auf Plattformebene Interoperabilität und den Grad der Virtualisierung. Wichtig ist uns auch die Bereitschaft bereits in der industriellen Pilotphase über Chancen, Risiken und Nutzen zu sprechen. Das heißt, bevor das Produkt in die Kommerzialisierung und Anwendung übergeht.

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Solare Wasserentsalzung: eine großartige Gelegenheit für den chilenischen Bergbau

Von Dr. Mercedes Ibarra, Fraunhofer Chile

Es besteht kein Zweifel mehr an der Verbindung zwischen Wasser- und Energieressourcen und ihrer Beziehung zur wirtschaftlichen Entwicklung eines großen Teils der Gesellschaften und Branchen. Um Wasser zu erzeugen, brauchen wir Energie und um Energie zu erzeugen, brauchen wir Wasser. Diese Verbindung hat viele Auswirkungen und Konsequenzen, zum Beispiel die Auswirkungen von Energieprojekten (Reservoirs) auf die Wasserressourcen oder die Folgen, die der Klimawandel auf den Zugang zu diesen Ressourcen haben wird.

Wenn wir zusätzlich auch noch eine wirtschaftliche und industrielle Tätigkeit wie den Bergbau betrachten, die beide Ressourcen in einer beachtlichen Weise erfordert und daher das Risiko steigert, den Zugang zu diesen Ressourcen für andere soziale Sektoren zu beschränken, wird deutlich, wie der Zugang zu Wasser durch eine Minimierung der benutzten Energie Vorteile bringen kann. Das nicht nur für den Bergbau selbst, sondern auch für die sozioökonomischen Strukturen, die ihn umgeben. Deshalb setzt Fraunhofer Chile auf solare Entsalzung.

Die Menschheit möchte seit Menschengedenken Salzwasser in Trinkwasser verwandeln. Die Prinzipien der Trennung von Salzen und Wasser werden unter anderem von Aristoteles, Thales von Milet, Democritus und Pliny beschrieben. Bereits Araber und Seefahrer des Mittelalters verwendeten Destillierapparate. Die erste Entsalzungsanlage selbst wurde jedoch erst 1878 in der Atacama-Wüste in Chile errichtet. Hier kam eine von dem Ingenieur Carlos Wilton [1] entworfene Anlage mit einer Fläche von 5000 m2 zum Einsatz, um einem Natriumnitrat-Bergbauunternehmen Wasser zuzuführen.

Die Entsalzung ist ein Trennverfahren zwischen einem gelösten Stoff (Salz) und einem Lösungsmittel (Wasser), das einem endothermen Prozess unterworfen wird, das heißt, das Verfahren erfordert Energie. Die Mindestenergie, um den gelösten Stoff vom Lösungsmittel zu trennen, beträgt 1,2 kWh / m3 [2]. Diese Energie berücksichtigt nicht andere Energieverbräuche im Zusammenhang mit der Entsalzung, wie das Pumpen von Wasser für den Transport vom Meer oder Untergrund zur Aufbereitungsanlage und/oder von der Anlage zum Verbrauchsort oder zum Verbrauch von Vorbehandlungen. Daher ist es eine Technologie mit hohem Energiebedarf.

Das geographische und saisonale Zusammenfallen von hoher Sonneneinstrahlung und Wasserknappheit macht Solarenergie jedoch zu einem optimalen Kandidaten für die Entsalzung in der Atacama-Wüste.

Eine der einfachsten Technologien sind direkte solare Entsalzungssysteme, bei denen die Umwandlung der Sonnenstrahlung und die Entsalzung in dasselbe Gerät integriert sind. Ein Beispiel für diese Art von System sind die Solardestillatoren, bei denen ein Salzwassertank mit einem transparenten Material bedeckt ist, das die Sonnenstrahlung durchlässt. In diesem Gerät verdampft das Wasser und kondensiert im Deckel.

Um die Effizienz zu steigern, die in direkten Systemen recht gering ist, eignen sich eher indirekte Systeme. Hierbei wird eine herkömmliche Entsalzungstechnologie mit der am besten geeigneten Solartechnologie gekoppelt.

Die Umkehrosmose ist die weltweit am meisten installierte Technologie (69% der Betriebseinrichtungen [3]). Dabei wird elektrische Energie verwendet, um Wasser mit hohem Druck (bis zu 25 bar) durch eine semipermeable Membran zu pumpen, wodurch die Salze vom Wasser getrennt werden können. In diesem Fall ist der Zusammenhang mit Photovoltaik-Energiesystemen sowohl für Entsalzungsanlagen mit hoher Kapazität (> 1000 m3 / d) als auch für kleine Anlagen mit einem Verbrauch unter 1 m3 / d offensichtlich [4].

Trotz ihrer weit verbreiteten Anwendung hat die Technologie auch Nachteile, da die Membranen besonders anfällig für Ablagerungen und Verschmutzungen sind. Verkrustung wird durch Partikel verursacht, die sich in den Poren der Membranen ansammeln und diese verstopfen, was zu einem höheren Energieverbrauch und einer geringeren Leistung führt. Das Fouling führt zu einem Wachstum von Mikroorganismen in den Poren der Membran, die ebenfalls Verstopfungen erzeugen.

Um die Membranen der Umkehrosmosesysteme nicht zu beschädigen, ist ein Mindestdurchfluss oder -druck erforderlich, da sonst Verschmutzungen und Verkrustungen auftreten. Daher sind Energiespeichersysteme (Batterien) mit hohen Investitions- und Betriebskosten oder Zugang zum Stromnetz erforderlich. Außerdem ist eine relativ große Oberfläche von Photovoltaikmodulen erforderlich, um eine ausreichende Wassermenge zu entsalzen, die nicht immer verfügbar ist.

Die weltweit am zweithäufigsten installierte Technologie ist die thermische Technologie, die mehrere Technologien umfasst: Multi-Effekt-Destillation, mehrstufige Verdampfung, Membrandestillation, direkte Osmose und Multi-Effekt-Destillation mit Dampfkompression.

Diese Systeme benötigen heißes Wasser oder Dampf zwischen 70 und 130 ° C. Daher hängt die ausgewählte Solartechnologie von der maximalen Temperatur ab, bei der die betreffenden Verdampfungs-Kondensationsphänomene stattfinden. Hauptvorteil ist, dass die Qualität des zugeführten Wassers nicht so entscheidend ist wie bei Umkehrosmosesystemen. In arabischen Ländern werden häufig mehrstufige Flash-Verdampfungssysteme aufgrund schwieriger Betriebsbedingungen im Persischen Golf sowie hohen Temperaturen und hohen Salzkonzentrationen  verwendet. Der Preis für thermische Systeme und der Energieverbrauch sind jedoch höher als der der Umkehrosmose, obwohl die neuesten Entwicklungen bei Kunststoff-Wärmetauschern diesen Trend ändern könnten, da sie wirtschaftlicher sind.

Die Membrandestillationstechnologie wird von wenigen Unternehmen weltweit vermarktet, darunter Solar Springs, ein Spin-Off des Fraunhofer ISE (Institut für Solare Energiesysteme in Deutschland).

Der Vorteil gegenüber anderen thermischen Systemen besteht darin, dass die Membranen vollständig aus Polymeren hergestellt werden können, wodurch ihre Herstellung rentabel wird und Korrosionsprobleme vermieden werden. Gegenüber druckgetriebenen Filtrationssystemen wie der Umkehrosmose besteht der Vorteil darin, dass die Membrandestillation mit weniger Druck (Umgebungsdruck) arbeitet und insbesondere die Gefahr von Verkrustungen und Verschmutzung geringer ist.

Der Prozess der Membrandestillation beruht auf einer Phasenänderung, die thermisch durch einen partiellen Dampfdruckgradienten, Produkt der Temperaturdifferenz, angetrieben wird. Das Hauptelement der Membrandestillation ist eine hydrophobe Membran, die für flüssige Phasen eine Barriere darstellt, nicht aber für Dampf. Die Wärme trennt den Wasserdampf von der Salzlake, dieser Dampf durchdringt dann die hydrophobe Membran und wird anschließend als Wasser kondensiert.

Einer der Vorteile der Membrandestillationstechnologie ist, dass für den Betrieb keine großen Mengen an Elektrizität erforderlich sind, sondern nur Niedertemperaturenergie für die Entsalzung erforderlich ist. Daher können Energiequellen wie Abfall, Sonnenenergie oder Geothermie genutzt werden. Diese will Fraunhofer in Chile fördern.

In einem gemeinsamen Projekt mit Crystal Lagoons wird Abwärme von Klimaanlagen zur Entsalzung von Meerwasser mit einer Membrandestillationsanlage genutzt. In einem anderen Projekt namens Brine Mine wird die Membrandestillation für geothermische Flüssigkeiten mit einer Temperatur von 90 ° C verwendet, um Wasser und hochkonzentrierte Sole zu erzeugen, deren Komponenten in einer zusätzlichen Stufe extrahiert werden.

Die solaren Entsalzungsanlagen sind bereits in Chile angekommen. Die größte Entsalzungsanlage in Lateinamerika wird in Copiapó angesiedelt sein. Basierend auf der Umkehrosmose mit Photovoltaik wurde sie Ende 2018 vom Environmental Evaluation Service genehmigt. Die Anlage sieht eine durchschnittliche Produktion von 1000 Liter pro Sekunde entsalztem Wasser vor, um die große Bergbauindustrie zu versorgen. Zur Energieversorgung ist eine 100-MW-Photovoltaikanlage mit mehr als 200 Hektar geplant. Die Gesamtinvestition beträgt 490 Millionen US-Dollar. 2019 wird der Bau beginnen [6].

Darüber hinaus kann die Entsalzung mit Power Solar Concentration-Anlagen kombiniert werden, die über Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen Strom und entsalztes Wasser erzeugen. Hier ist eine thermische Entsalzungsanlage an die Turbinenleistung des Leistungszyklus der Solar Power Concentration-Anlage gekoppelt. Der spezifische Aufbau dieser Systeme hängt vom Standort ab.

Ein weiterer Trend, der in letzter Zeit beobachtet wurde, ist der Einsatz von Entsalzungstechnologien nicht nur aus Meerwasser, sondern auch für die Behandlung von Abfällen in industriellen Prozessen. Auf diese Weise kann sauberes Wasser gewonnen werden, wodurch der Abfall, wie im Konzept der Kreislaufwirtschaft vorgesehen, einen Mehrwert darstellt. Als Beispiel sei das von der Europäischen Union finanzierte und vom Fraunhofer ISE koordinierte Projekt ReWaCEM genannt, bei dem das MD zur Schließung von Kreisen in der metallurgischen Industrie verwendet wird und den Wasserfußabdruck um 30 – 90% reduziert [7].

Zusammenfassend ist festzustellen, dass der Bergbau vor einer großen Herausforderung steht, die Wasserknappheit ein absolut limitierender Faktor sein wird und die Entsalzung eine sehr wichtige Rolle spielen kann, ohne jedoch zu vergessen, dass zur Gewinnung dieses Wassers Energie benötigt wird. Damit die Entsalzung sich als Alternative erweisen kann, sind innovative, robuste und effiziente Prozesse, die Verbesserung der Energieeffizienz und die Einbeziehung erneuerbarer Energien unerlässlich.

Im Fall von Chile erlaubt die Intensität der Sonneneinstrahlung, voll auf den Zusammenhang zwischen Entsalzung und Solarenergie und die auf dem Markt verfügbaren Technologien wie Umkehrosmose-Photovoltaik zu setzen. So können die neuesten Innovationen wie die Membrandestillation eine grundlegende Rolle bei der Lösung dieser Herausforderungen darstellen.

  1. Abdenacer, P.K. and S. Nafila, Impact of temperature difference (water-solar collector) on solar-still global efficiency. Desalination, 2007. 209(1-3): p. 298-305.
  2. Ali, M.T., H.E. Fath, and P.R. Armstrong, A comprehensive techno-economical review of indirect solar desalination. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011. 15(8): p. 4187-4199.
  3. Jones, E., et al., The state of desalination and brine production: A global outlook. Science of the Total Environment, 2018.
  4. Arafat, H.A., Desalination sustainability : a technical, socioeconomic, and environmental approach. 2017.
  5. Koschikowski, J., Entwicklung von energieautark arbeitenden Wasserentsalzungsanlagen auf Basis der Membrandestillation. 2011: Fraunhofer Verlag Freiburg, Germany.
  6. Página web: http://www.revistaei.cl/2018/10/09/desaladora-mas-grande-latinoamerica-iniciaria-construccion-2019-copiapo/#.
  7. Página web: www.rewacem.eu
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Alta Ley präsentiert die neue Roadmap 2.0

Von Mauro Valdés, Präsident Alta Ley

In den vier Jahren seines Bestehens ist es dem Programm Alta Ley gelungen, Projekte und kollaborative Innovationsprogramme im Bergbau für rund 120 Mio. USD zu ermöglichen. Unter diesen befinden sich Programme wie Expande – Open Innovation im Bergbau, Eleva – zur technischen Bildung im Bergbau, sowie ein Programm zur Überwachung von Tailings, Pilotzentren und weitere.

Dies wurde vor allem durch die Entwicklung der „Roadmap des Chilenischen Bergbaus 2015 – 2035“ erreicht. Dieser gelang es, einen Konsens unter den verschiedenen Akteuren des Ökosystems der Bergbau-Innovation, des öffentlichen und des privaten Sektors, der Zulieferer und der Hochschulen zu erreichen, bezüglich der wichtigsten Herausforderungen in Produktivität, Nachhaltigkeit und Technologie. So konnten diesen und anderen interessierten Akteuren die aktuellen Herausforderungen verdeutlicht werden, mit dem Ziel, Innovation und Zusammenarbeit und damit verbundene öffentliche und private Investitionen zu fördern.

Die ursprüngliche Roadmap enthält thematische Schwerpunkte, die mit den verschiedenen Stufen des Kupferabbauprozesses in Verbindung stehen und verschiedene Arten von Herausforderungen (Betriebs- und Abbauplanung, Konzentration von Mineralien, Hydrometallurgie, Tailing und Schmelzen / Raffinieren) zusammenfassen, sowie transversale Kapazitäten (Humankapital, Lieferanten & Innovation und Intelligenter Bergbau), die zur Anwendung entlang der thematischen Schwerpunkte kommen können.

Die Roadmap muss ständig überprüft und aktualisiert werden, um Veränderungen im globalen Kontext – besonders im Kontext der technologischen Revolution – sowie neue Herausforderungen und Kontexte zu erfassen. Deshalb sind wir überzeugt, dass die Roadmap ein stabiles aber lebendiges Dokument sein muss. Unser Ziel ist es, die Entwicklung neuer, wirkungsvoller Gemeinschaftsprojekte zu erleichtern, die darauf abzielen, die Produktivität und Nachhaltigkeit der Industrie zu steigern. So wollen wir das Innovationsökosystem des chilenischen Bergbaus weiterhin stärken und diversifizieren.

Als Ergebnis dieser Arbeit wurden drei neue Kernthemen aufgenommen: neue Verwendungszwecke von Kupfer, umweltfreundlicher, emissionsarmer Bergbau und Exploration. Auch wurden die, für jede transversale Kapazität vorgeschlagenen, Herausforderungen und Lösungen auf Aktualität überprüft, und – wenn erforderlich – neue Herausforderungen oder zusätzliche Forschungs- und Entwicklungslinien einbezogen.

Nach den verschiedenen Arbeitstagen definierte das Expertenteam aus verschiedenen Bereichen insgesamt 16 Lösungen, die priorisiert werden sollten und aus denen die wichtigsten Herausforderungen für die Branche ausgewählt werden sollten. Unsere Aufgabe konzentriert sich jetzt auf die Auswahl dieser Herausforderungen und die Suche nach Finanzmitteln, um diese neuen Generation von Projekten mit hoher Wirkung umzusetzen. Darunter ist insbesondere der neue Fokus auf Green Mining, der vor allem auf einen emissionsarmen Bergbau abzielt und deren Anwendung weitgehend mit dem Institute of Clean Technologies übereinstimmt. Das Institute of Clean Technology befindet sich derzeit in der Ausschreibungsphase. Wir glauben, dass wir zu diesem Institut viel beitragen können und dies wird in diesem Jahr ein wichtiger Arbeitsschwerpunkt sein.

Ebenso müssen wir sicherstellen, dass unsere Projekte und langfristigen Programme voranschreiten und Herausforderungen des Bergbausektors kommuniziert werden, um Open Innovation zu fördern. Des Weiteren unterstützen wir Akteure, die Lösungen für diese Herausforderungen vorschlagen können, und beaufsichtigen die gemeinsam entwickelten Projekte und Programme, um die Effizienz und Produktivität der chilenischen Bergbauindustrie zu steigern und auch die Anzahl und den Entwicklungsstand von Anbieter chilenischer Güter, Dienstleistungen und Technologien zu erhöhen  und ihre Internationalisierung zu fördern.