Im Gürtel des Überflusses – Asteroidenbergbau

Mitten in unserem Sonnensystem schlummert eine beinahe unerschöpfliche Rohstoffquelle. Schon bald werden wir uns die Frage stellen müssen: was wollen wir mit Rohstoffen im heutigen Gegenwert von über 100 Trillionen Dollar machen?

Bergbau im All
Bergbau im All
Der erste Sektor der Wirtschaft basiert darauf, der Erde Rohstoffe in unverarbeiteter Form zu entnehmen, während der zweite Sektor (die Industrie) darauf basiert, diese Rohstoffe in Produkte des täglichen Gebrauchs umzusetzen. Da die Wartung der Produkte in der Regel nicht sehr lukrativ ist und die Technik ständig voran schreitet, verlässt sich die Wirtschaft darauf, immer neue Produkte zu verkaufen.

Die kommende Rohstoffkrise?

Doch die Rohstoffe der Erde sind nicht einmal annährend unerschöpflich, zumindest nicht, wenn die zur Verfügung stehende Energie begrenzt ist. Es gibt nur eine begrenzte Anzahl Stellen auf der Erdoberfläche, an denen ein bestimmtes Metall in abbauwürdiger Konzentration gefunden wird. Die strategischen Reichweiten verschiedener, für den Alltag wichtiger Metalle reichen mit wenigen Ausnahmen nicht weit über das 21. Jahrhundert hinaus. Wie beim Erdöl gilt: irgendwann ist Schluss, bzw., irgendwann geht die Produktion stetig, aber unaufhaltsam zurück. Und wie beim Erdöl wird dies eine fundamentale Änderung der Weltwirtschaft mit sich bringen: Recycling wird angesichts sich verteuernder Rohstoffe eine grössere Rolle zu spielen beginnen. Der Spielraum für technische Innovationen wird somit eingeschränkt (z.B. sind Germanium-Solarzellen effizienter als solche aus Silizium – aber gerade Germanium ist ein eher seltenes Element mit einer strategischen Reichweite von wenigen Jahrzehnten), der Fortschritt beschränkt sich auf die Effizienzsteigerung des Bestehenden. Allerdings bedeutet Recycling auch, dass der Energieaufwand zur Gewinnung eines bestimmten Rohstoffs steigt: wenn Energie knapp ist, werden die Rohstoffe in einer weitgehend „abgebauten“ Welt sehr schnell sehr teuer. Technologie, die exotische und seltene Metalle benötigt, um zu funktionieren, kann sich niemand mehr leisten.

Dieses Szenario ist nur dann realistisch, wenn man die Erde als geschlossenes System betrachtet, in das keine Rohstoffe von aussen kommen. Genau dies könnte jedoch geschehen, wenn die Menschheit dereinst einen billigen Zugang zum Weltraum findet (etwa mit billigen, wiederverwendbaren Raketen, oder gar einem Orbitalseil).

Was im Weltraum wirklich zählt

Im Weltraum spielen Distanzen keine grosse Rolle. Da Reibung keine Rolle spielt, muss sie auch nicht bekämpft werden – die meiste Energie wird im Weltraum darauf verwendet, um schnell genug zu beschleunigen, um dem Schwerefeld eines massiven Himmelskörpers (z.B. der Erde) zu entkommen. Sogenannte „Hohmann-Bahnen“ benötigen praktisch nur Energie, um dem Himmelskörper am Start zu entkommen und um in eine Umlaufbahn um den Zielkörper einzubremsen. Hohmann-Bahnen brauchen viel Zeit (deshalb dauern die angedachten bemannten Mars-Missionen der NASA auch so lange), wenn man schneller unterwegs sein will, muss mehr Energie fürs Beschleunigen und Bremsen aufgewandt werden.

Die Asteroiden, die zwischen den Planeten um die Sonne kreisen (die meisten von ihnen haben eine Bahn, die zwischen jener von Mars und Jupiter liegt), sind deshalb dankbare Ziele: da sie selbst kaum Masse haben, erübrigt sich bei ihnen das Einbremsen in die Umlaufbahn weitgehend. Ein Flug zu einem erdnahen Asteroiden ist deshalb einfacher und weniger energieaufwändig (!) als ein Flug zum Mond und damit eigentlich mit heutiger Technologie machbar. Auch die Apollo-Kapseln hätten einen erdnahen Asteroiden problemlos erreichen können (im Unterschied zum Mond hätte ein solcher Flug aber mehrere Wochen gedauert – gleichzeitig hätte man natürlich auch einigen Treibstoff, der für das Einbremsen in die Mondumlaufbahn benötigt wurde, einsparen können). Auch für das künftige Orion-Programm der NASA wird über ein Flug zu einem erdnahen Asteroiden nachgedacht.

Ein Problem, dass auf Asteroiden ganz wegfällt, ist jenes der Umweltverschmutzung: weder gibt es eine belebte Umwelt, die gestört werden könnte, noch können sich die Prozesse auf Himmelskörpern, die viele Millionen Kilometer von der Erde entfernt sind, auf diese auswirken. Die einzigen „Umweltauflagen“ wären jene des Gesundheitsschutzes für die Minenarbeiter oder vielmehr Minenoperateure (gut denkbar ist allerdings, dass der Grossteil des Asteroidenbergbaus von Maschinen verrichtet wird).

Kosmische Goldgrube

Ein Asteroid - Eine Goldgrube?
Ein Asteroid - Eine Goldgrube?
Dies bringt uns nun zum Asteroidenbergbau. Denn obwohl die Asteroiden Millionen von Kilometern von der Erde entfernt sind, sie sind ausgezeichnete Ziele für Bergbauoperationen. Auf ihrer Oberfläche herrscht praktisch keine Schwerkraft (sie wird in Bruchteilen von Tausendsteln der Erdschwerkraft gemessen), und einige von ihnen enthalten hohe Konzentrationen von Metallen: Asteroidenmaterial würde in einigen Fälle auf der Erde als abbauwürdiges Erz gelten. Besonders geeignet sind Eisen-Asteroiden: Diese Himmelskörper stellen Bruchstücke von Kernen grösserer Asteroiden dar (so, als würde man den Eisenkern der Erde in Stücke sprengen). Viele wertvolle Metalle, wie Platin, Palladium, Rhenium, Iridium, Germanium und Gold zeigen ein „siderophiles“ (eisenliebendes) Verhalten: sie gehen bevorzugt ins Eisen: als der grosse Asteroid, dessen Bruchstück der Eisen-Asteroid heute darstellt, in der Frühzeit des Sonnensystems unter der freigesetzten Wärme kurzlebiger radioaktiver Elemente aufschmolz und in Kruste, Kern und Mantel „differenzierte“, wurden praktisch all seine siderophilen Elemente im eisenreichen Kern gesammelt – und sind nun offen zugänglich. Ein einzelner Eisen-Asteroid mit 1 km Durchmesser hat bereits einen Wert von einigen hundert Milliarden Dollar, wenn man nur die wertvollsten Elemente zählt (das Eisen und das Nickel im Asteroiden, zusammen mehr, als die Menschheit in ihrer ganzen Geschichte je verarbeitet hat, noch gar nicht eingerechnet).

Asteroiden gibt es in Hülle und Fülle im Sonnensystem: zusammen machen alle Asteroiden etwa einen Zehntausendstel der Erdmasse aus, aber weil wirklich praktisch jeder Kubikmeter von ihnen ausgenutzt werden kann, finden sich in ihnen sehr viel mehr Rohstoffe, als man je aus der Erde herausholen könnte. Zusammen haben alle Asteroiden einen (heutigen) Gegenwert von über 100 Trillionen (100 Millionen Millionen Millionen) Dollar. Klar ist, werden diese Rohstoffe erst mal erschlossen, wird ihr Preis sinken, gleichzeitig die Abhängigkeit davon steigen. Diese zusätzlichen Rohstoffe, die in Zukunft fast unbeschränkt auf die Erde eingeführt werden könnten, dürften helfen, die eingangs erwähnte technologische Sackgasse zu umgehen.

Die erdnahen Asteroiden

Für die nähere Zukunft werden wir uns aber mit den erdnahen Asteroiden begnügen müssen. Erdnahe Asteroiden sind Körper mit einem Durchmesser von bis zu 30 km (die meisten sind jedoch kleiner als 1 km), die einst im Asteroidengürtel ihre Bahnen um die Sonne zogen und dann von Jupiter ins Innere Sonnensystem abgelenkt wurden. Einige von ihnen waren auch einst Teil eines grösseren Asteroiden und kamen erst durch dessen katastrophale Kollision mit einem anderen Asteroiden auf eine erdnahe Bahn. Prinzipiell unterteilt man die erdnahen Asteroiden (manchmal auch NEOs, „Near Earth Objects“ genannt) in drei Klassen: Amor, Apollo und Aten Asteroiden. Die Amor-Asteroiden kreisen zwar in der Nähe der Sonne um die Sonne, aber ihre Bahn verläuft stets ausserhalb der Erdbahn, sie kreuzen jene der Erde nicht. Aten-Asteroiden bleiben stets innerhalb der Erdbahn und kreuzen diese nicht – nur die Apollo-Asteroiden kreuzen zwei Mal im Jahr die Erdbahn und könnten so eines Tages zur Gefahr für die Menschheit werden (wie etwa der Asteroid Apophis, der im Jahr 2029 nahe an der Erde vorbeiziehen wird und mit einer kleinen Wahrscheinlichkeit im Jahr 2036 mit der Erde kollidieren könnte). Interessant für den Bergbau sind vor allem die Apollo- und Amor-Asteroiden, die Aten-Asteroiden hingegen brauchen in der Regel deutlich mehr Energie pro gefördertem Kilogramm Rohstoff.

Weiter lassen sich die erdnahen Asteroiden nach ihrer Zusammensetzung in verschiedene Gruppen einteilen.

Erstens sind da die bereits erwähnten eisenreichen Asteroiden. Diese sind recht selten, sie machen nur wenige Prozent der Population der erdnahen Asteroiden aus. Dafür bieten sie sehr wertvolle Rohstoffe, deren Förderung sich schon bei etwas höheren Transportkosten lohnt (verglichen mit anderen Asteroiden). Bereits heute könnte sich der Abbau von Rohstoffen auf diesen Asteroiden lohnen, wenn jedes Jahr einige Millionen Tonnen Asteroidenmaterial verarbeitet würden. Es ist deshalb sehr wahrschienlich, dass diese Asteroiden zu den ersten Zielen von Bergbauoperationen im inneren Sonnensystem gehören werden. Nachteilig wirkt sich nur die grosse mittlere Dichte dieser Körper aus: diese macht die Verarbeitung des geförderten Materials vergleichsweise schwierig. Ein möglicher Kandidat aus dieser Kategorie für eine baldige erste Landung ist der Asteroid Nereus.

Weit verbreitet dürften Asteroiden aus Gestein (steinige Achondriten und Chondriten) sein. Beobachtungen solcher Körper legen nahe, dass viele von ihnen nicht eine feste Struktur besitzen (also kein „fliegender Berg“), sondern vielmehr eine Art fliegender Geröllhaufen darstellen. Das könnte die Arbeit auf ihnen und in ihrer Nähe erschweren. Die steinigen Achondriten enthalten eine vergleichsweise hohe Konzentration von „inkompatiblen“ Elementen, also solchen, die sich schlecht in die Kristallstrukturen herkömlicher Minerale einbauen lassen und deshalb immer mit dem Magma aufsteigen – als sich auf frühen Asteroiden eine Kruste bildete, kristallisierten mit ihr viele Mineralien aus, die stark an inkompatiblen Elementen angereichert sind. Dazu gehören Uran, Thorium, sogenannt „seltene Erden“ wie Samrium, Yttrium, cer und weiter, dazu Alkali-Metalle wie Kalium und Natrium, sowie Phosphor. Hier wird die Einzelkartierung von vielen Asteroiden allfällig abbauwürdige Konzentrationen identifizieren, was vermuten lässt, dass solche Körper erst vergleichsweise spät besucht und ausgebeutet werden.

Selten hingegen dürften kohlige Chondriten und erloschene Kometenkerne sein. Diese Asteroiden wären jedoch wegen ihres grösseren Gehalts an volatilen Stoffen wie Wasser, Stickstoff, Kohlenstoff und Methan begehrte Rohstoffliferanten sehr begehrt. Findet sich etwa am Mondsüdpol kein Wassereis (man hofft, in einigen tiefen Kratern an den Mondpolen Wassereis zu finden, an Stellen, die niemals von der Sonne beschienen werden), dann könnten diese Asteroiden bald eine günstige Alternative zu Treibstoff von der Erde bieten. Es ist energetisch gesehen günstiger, Wasser von einem erdnahen Asteroiden zum Mond zu transportieren als von der Erde. Der Treibstoff, um vom Mond aus Expeditionen ins Sonnensystem zu starten (ihn also als „Sprungbrett“ zu benutzen), könnte also sehr gut von diesen speziellen Asteroiden kommen. Wird an der Atmosphäre der Erde gebremst, so kann es sogar günstiger sein, Treibstoff von einem Asteroiden in die Erdumlaufbahn zu bringen als von der Erdoberfläche! Mögliche Abnehmer sind orbitale Treibstoffdepots (für staatliche und private Raumfahrtunternehmen), die in letzter Zeit immer wieder angedacht wurden. Aber auch Stickstoff und Kohlenstoff dürften schnell Abnehmer finden. Stickstoff für den Bau von Weltraumkolonien sowie als Düngemittel, Kohlenstoff für das künftige „Supermaterial“ im Weltraum, Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nanotubes, CNT).

Sehr selten dürften grössere Bruchstücke von terrestrischen Planeten sein, also mal ein Stück Venus-Kruste, ein wenig Mars-Oberfläche oder gar Stücke von der Erde, die bei einer grossen Asteroidenkollision in den letzten Millionen Jahren ins All geschleudert wurden. Diese haben jedoch eher wissenschaftlichen und allenfalls touristischen Wert. Vielleicht findet sich ja zwischen all den Asteroiden auch die eine oder andere ausgebrannte Raketenstufe oder ausserirdische Raumsonde ;).

Für die Verwendung von Asteroidenmaterial auf der Erde wäre es natürlich von Vorteil, den Asteroiden in eine Erdumlaufbahn zu bringen. Das ist durchaus ein gefährliches Unterfangen, man will ihn ja nicht auf die Erde abstürzen lassen – dafür hätte man aber ein gewaltiges Bergbaugebiet direkt vor der Haustür (und zudem hätte die Erde dann plötzlich einen „zweiten Mond“), was die Lieferzeiten stark verkürzen könnte (die energiearmen Hohman-Transferbahnen haben den Nachteil, dass sie sehr viel Zeit brauchen). Alternativ könnte man den Asteroiden auch in eine Mondumlaufbahn bringen, was für die Erde weniger gefährlich ist, langfristig aber keine stabile Lösung darstellt.

Wann beginnt die erste Minen-Operation?

Bergbau auf einem Asteroiden
Bergbau auf einem Asteroiden
Voraussagen sind immer schwierig. Doch wie es jetzt scheint, drängen in den nächsten Jahren und Jahrzehnten sowohl Staaten als auch Private Unternehmen ins All. Der Bau von kommerziellen Touristenkomplexen im Orbit und der Bau von ständig besetzten Raumstationen auf der Mondoberfläche werden den Aufbau einer Weltraumtransport-Infrastruktur erfordern, die über alles hinausgeht, was heute existiert. Bereit in etwa zehn Jahren soll das erste Orbitalseil gebaut werden, und dann lassen sich täglich mehrere Tonnen Material ins Weltall schaffen, für extrem tiefe Kosten. Wie schon im oberen Abschnitt angetönt, der erste Markt für Produkte von Asteroiden wird in volatilen Stoffen für orbitale Treibstoffdepots liegen. Aber auch der Abbau von Platingruppen-Metallen (die sowohl in Batterien und Katalysatoren, als auch in Solarzellen, Brennstoffzellen und Elektronik gebraucht werden und damit eine blendende Zukunft vor sich haben) könnte schnell Investoren finden. Es wird damit beginnen, dass eine grössere Firma oder ein Konsortium eine erste „Prospektor“-Raumsonde baut, um einen geeigneten erdnahen Asteroiden zu kartieren. Danach wird eine erste (automatische) Raumsonde einen kleinen Teil eines geeigneten, erdnahen Asteroiden bearbeiten, interessante Minerale extrahieren und zur Erde zurück bringen. Spätestens dann wird die Technik des (vorerst automatischen) Asteroidenbergbaus schnelle Fortschritte machen, und man wird sich auf internationaler Ebene zusammensetzen müssen, um Vereinbarungen über Besitzverhältnisse im Weltraum neu zu regeln. Schliesslich wird der Asteroidenbergbau den Einsatz vieler neuer Antriebstechniken (Sonnensegel, Magnetsegel, Nuklear-Elektrische Antriebe, etc) ermöglichen und so auch diesem wachsenden Wirtschaftsfeld einen starken Aufschub bringen. Dies alles dürfte sich innerhalb der nächsten 20 bis 50 Jahre abspielen.

Welche Rolle spielt der Mensch?

Menschen braucht es dort, wo schnelle Reaktionen auf unvorhergesehene Situationen nötig sind. Wir wissen heute zu wenig über die genauen Verhältnisse auf Asteroiden, um bereits abzuschätzen, ob langfristig Menschen werden präsent sein müssen, um mit Problemen vor Ort umzugehen. Möglicherweise reicht es, wenn Menschen in „Sprinter-Raumschiffen“ (also solchen, die sich nicht auf Hohmann-Bahnen wie die Mineraltransporter, sondern auf mehr oder weniger „direkten“ Bahnen bewegen) vor Ort nachschauen, wenn sich Probleme ergeben. Die erdnahen Asteroiden sind aber nicht nur für Bergbau interessant, sondern auch für Forschung und letztlich auch Tourismus. Gerade der längere Aufenthalt in der Nähe von Asteroiden und im All könnte die Astronautik weiter voran bringen als eine einzlene „Einmal hin und nie mehr zurück“-Mission zur Marsoberfläche. Gut möglich, dass dereinst die Marsmonde Phobos und Deimos (beide Kohlenstoff- und Wasserreich) einst als interessantere und einfacher zu erreichende Ziele erscheinen werden („das hat man schon gemacht“) als die Marsoberfläche selbst.

Die Menschheit hat kein Ressourcenproblem: im Sonnensystem finden sich mehr Ressourcen, als sie vermutlich je wird verbrauchen können. Das einzige, was ihrer Nutzung im Weg steht, ist der billige Zugang zum Weltraum. Und daran wird gerade eifrig gearbeitet.

7 Kommentare

  1. hey
    dieser artikel ist echt hilfreich er enthält infos die echt wichtig sind !!!
    Danke dieses textes und anderen bin ich mit dem thena super klar gekommen
    meine Lehrerin war begeisterT!^^

  2. Nun, auch ein Asteroid, der steil über die Ekliptik aufsteigt, muss irgendwann die Ekliptik kreuzen. Das heisst halt, dass es nur zwei Punkte gibt, an denen man ihn (mit wenig Energie) erreichen kann, aber immerhin. Zudem gibt es auch viele Asteroiden, die in der Ekliptik liegen.

  3. Der energetische Zugang zu Asteroiden mag leicht sein, ich habe aber mal gehört er wäre schwierig, wenn man sich aus der Ekliptik der Erdumlaufbahn heraus bewegt, also sind die meisten Asteroiden schwer erreichbar. Was ist daran wahr?

  4. \“In einem Asteroid zu wohnen scheint mir im moment wohl noch sehr utopisch. Was jedoch in mittlerer bin ferner Zukunft möglich ist weiß niemand …\“

    In ferner Zukunft wird niemand in einem Asteroiden leben wollen. Denn die haben ein 100.000Tonnen Raumschiff, das soviel Treibstoff und energie hat, unglaublich…

    Oder sie blieben auf gemütlichen Planeten und Monden, und die Asteroiden dienen nur als Bergbauobjekte, allenfalls als Tourismusziel, nicht aber als Habitat

  5. Sachen gibt`s.
    Ploss: wenN die Enschheit eines Tages die gesamte Energie der Sonne oder der Galaxis (ver)brauch(t)en wird (die seZivillisationeni/II/III-Zivillisationenszenarien); dann wird wolh der Asteroidengürtel NICHT MEHR ASUSREICHEN

  6. In einem Asteroid zu wohnen scheint mir im moment wohl noch sehr utopisch. Was jedoch in mittlerer bin ferner Zukunft möglich ist weiß niemand …

    Ein großes Problem das sich beim bewohnen eines solch \“kleinen\“ Asteroids ergibt sehe ich darin, dass das Schwerefeld so verschwindend gering ist. Sollte hier nun ein Mensch längere Zeitlang wohnen, also sprich über Jahre hinweg, so dürften sich bald ohne angemessenes (hartes) Training die meisten Muskeln zurück bilden. Das dürfte in der Schwerelosigkeit kein Problem bereiten, jedoch wenn so ein Asteroidenbewohner auf die Erde zurückkehrt …

  7. Mich würde mal interessieren ob es eine Fontgeselschaft gibt Die die Interessen der Wirtschaftlichennutzung als Ziel hat. Da würde ich gerne investieren. 😉
    Und ist es eigentlich möglich in einen Astroieden \“zu Wohnen\“?

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