Eine neue Studie kommt zu dem Ergebnis, dass der CO2-Fußabdruck des Metallbergbaus möglicherweise um mehr als das Zehnfache über den bisherigen Schätzungen liegt.
Der zusätzliche Anteil an Kohlendioxid entsteht durch saures Wasser, das noch lange nach dem Ende der Förderung aus Grubenstandorten abfliesst.
Der Ausbau von Windturbinen, Batterien und belastbareren Stromnetzen wird deutlich mehr Kupfer und Zink erfordern. Viele Pläne, diese Lieferkette klimafreundlicher zu machen, stützen sich jedoch auf Emissionsbilanzen, die diese Quelle vollständig ausklammern.
So entsteht saurer Grubenabfluss (Acid Mine Drainage)
Metallerze sind häufig in Sulfidmineralen gebunden. Pyrit ist das verbreitetste dieser Gesteine, in denen Metall mit Schwefel verknüpft ist. Durch den Bergbau kommen diese Minerale erstmals seit Millionen Jahren wieder mit Sauerstoff und Regenwasser in Kontakt.
Reagieren die Minerale, wird das abfliessende Wasser zu verdünnter Schwefelsäure und transportiert gelöstes Eisen und Aluminium mit sich. Dass dies Flüsse schädigt, ist gut dokumentiert – die Kohlenstoffseite dagegen kaum.
Die Säure verschwindet nicht einfach: Trifft bergbaulich belastetes Abwasser auf Kalkstein, setzt die Neutralisationsreaktion Kohlendioxid in die Luft frei. Ähnliches passiert auch im Meer, weil Meerwasser Säure neutralisiert und dabei im Gegenzug CO2 abgibt.
Einer Schätzung zufolge entfallen auf Bergbau und Metallproduktion ungefähr ein Zehntel der energiebedingten Treibhausgasemissionen weltweit. Diese Bilanz umfasst Diesel, Stromverbrauch und die Erzaufbereitung – nicht jedoch das Kohlendioxid, das aus saurem Grubenabfluss stammt.
Zwei der sauersten Flüsse der Erde
Um diese Lücke zu beziffern, arbeitete ein Team unter Leitung von Dr. Luke Bridgestock, Geochemiker an der University of St Andrews, im Iberischen Pyritgürtel im Südwesten Spaniens.
Nirgendwo sonst sind Sulfiderze auf der Erde so dicht konzentriert. In der Region liegen mehr als 1,6 Milliarden Tonnen davon sowie 82 Minen – in Betrieb und stillgelegt.
Hier wird seit der Antike Erz gewonnen, der Grossteil allerdings seit 1875. Zwischen 1873 und 2001 wurden rund 245 Millionen Tonnen herausgeholt.
Zwei Flüsse entwässern das Gebiet: der Tinto und der Odiel. Jahrhunderte des Abflusses haben dazu geführt, dass beide zu den sauersten Flüssen des Planeten zählen. Der Tinto ist rostrot gefärbt, sein pH-Wert liegt zwischen 2 und 4.
Das Team beprobte beide Flüsse 2024 zweimal: zunächst im April, als sie viel Wasser führten. Im Juni war der Tinto dann nahezu zum Stillstand gekommen – am Pegel wurde kaum noch Durchfluss registriert.
Vor Ort bestimmten die Forschenden Säuregehalt und gelöste Metalle. Eisenproben gelangten innerhalb eines Tages an die Universität Huelva, noch bevor sich die chemische Form des Metalls verändern konnte.
Wo das Kohlendioxid entsteht
Etwa die Hälfte der Säure gelangt nie bis ins Meer. Gestein, das das Wasser zuerst durchströmt, neutralisiert sie – und diese Reaktion setzt kein Kohlendioxid frei.
Dass Kalkstein die Neutralisation übernimmt, deutete der gelöste Calciumgehalt in den Flüssen an. Die Magnesiumwerte sprachen jedoch dagegen. Die Zusammensetzung passt eher zu dem vulkanischen Gestein, in dem das Erz lagert.
Die andere Hälfte wird dort abgepuffert, wo die Flüsse ins Meer münden: im Mündungsgebiet Ria de Huelva. In dieser Mischzone verliert das Meerwasser nach und nach seine Fähigkeit, weitere Säure aufzunehmen.
Eisen und Aluminium fallen dabei als feste Partikel aus. An dem Punkt, an dem die Säure schliesslich vollständig aufgebraucht ist, steigt der pH-Wert abrupt an.
Labortests bestätigen die Chemie
Um die Messungen aus dem Feld zu prüfen, mischte das Team im Labor Flusswasser mit Meerwasser. Sie hielten fest, wie viel Meerwasser jede Probe benötigte, um wieder neutral zu werden. Das Ergebnis blieb stabil: Feld- und Labordaten stimmten bis auf etwa ein Zehntel überein.
Ganz aufgeht die Rechnung dennoch nicht. Das Meerwasser neutralisiert etwas weniger Säure, als es die gelösten Metalle eigentlich erwarten lassen. Die Forschenden vermuten, dass ausfallende Metalle einen Teil des Schwefels in Mineralen binden, die erst später wieder zerfallen.
Niemand hatte direkt beobachtet, wie das Gas aus dem Wasser entweicht. Das Team berechnete die entstehende Menge – und diese Wassermassen stehen über Jahre hinweg mit der Luft in Kontakt.
Auf ein volles Jahr hochgerechnet, setzt der saure Grubenabfluss aus diesen beiden Flüssen rund 32.000 Tonnen Kohlendioxid frei.
CO2-Emissionen wirken länger als der Bergbau selbst
Bezogen auf die Kupferförderung der Region entspricht das 0,3 bis 4,2 Tonnen Kohlendioxid pro Tonne Metall. Übliche CO2-Fußabdrücke für die Kupferproduktion liegen bei 1 bis 9 Tonnen.
Damit bewegt sich die bislang nicht erfasste Quelle bereits in derselben Grössenordnung wie das, was die Branche bisher in ihren Bilanzen berücksichtigt. Und der grössere Wert hat mit der Zukunft zu tun: Sulfidisches Abraumgestein oxidiert an der Oberfläche über Jahrhunderte bis Jahrtausende weiter. Jedes Jahr entsteht etwas mehr Säure – und damit folgt auch etwas mehr CO2.
Dieses Gestein reagiert, bis es „aufgebraucht“ ist. Dann summiert sich das Ganze auf 7 bis 165 Tonnen Kohlendioxid pro Tonne gefördertem Kupfer. Das liegt mehr als zehnmal über dem konventionellen Wert.
„Das ist ein schockierendes Ergebnis“, sagte Bridgestock, der Hauptautor der Studie.
Für das bereits abgebaute Erz ergibt sich ein Gesamtbudget von ungefähr 80 bis 155 Millionen Tonnen Kohlendioxid. Bei der heutigen Freisetzungsrate im Mündungsgebiet würde es 2.000 bis 7.000 Jahre dauern, dieses Budget auszuschöpfen.
Bergbau hinterlässt ein dauerhaftes CO2-Erbe
Die Ergebnisse treffen auf eine Branche, deren Emissionskonto ohnehin weiter anwächst. Eine Analyse aus dem vergangenen Jahr untersuchte Wälder, die für Minen gerodet wurden, die Metalle für saubere Energietechnologien liefern. Der Verlust dieser Wälder erhöhte die Kohlenstoffkosten der Förderung im Durchschnitt um 63 Prozent.
Auch Sanierungsmassnahmen sind hier klimapolitisch relevant. In Aufbereitungsanlagen wird saures Grubenwasser häufig mit zermahlenem Kalkstein neutralisiert – eine Methode, die Kohlendioxid gezielt freisetzt.
Würde man Sulfid-Abfälle so lagern, dass sie langsamer oxidieren, würden sich dieselben Emissionen lediglich über einen längeren Zeitraum verteilen.
„Wir müssen die Bergbauindustrie dekarbonisieren“, sagte Bridgestock.
Der CO2-Fußabdruck des Bergbaus wächst
Ob der Bergbau in Netto-Null-Plänen realistisch eingeordnet wird, hängt davon ab, dass diese Summen korrekt erfasst werden. Eine aktuelle Studie zeigte, dass eine vollständige Elektrifizierung des Bergbaus den Fußabdruck von Kupfer um mehr als das Zehnfache senken könnte.
Die Emissionen aus saurem Grubenabfluss würden von einer solchen Umstellung jedoch nicht berührt. Danach würden sie den verbleibenden Anteil am Kupfer-Fußabdruck dominieren.
Vor dieser Arbeit galt die Reaktion als bekannte Chemie ohne belastbare Zahl. Jetzt gibt es eine.
In einem Gebiet mit so viel Sulfidgestein ist diese Zahl gross genug, um alle anderen Posten in den Schatten zu stellen. Unternehmen und Aufsichtsbehörden können beginnen, Emissionen zu bilanzieren, die noch lange nach der Stilllegung einer Mine weiter anfallen.
Die Methode des Teams ist zudem gut übertragbar: Jede Bergbauregion, die über einen Fluss entwässert wird, lässt sich auf dieselbe Weise untersuchen.
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