Seriøs satsing på dyphavsteknologi

Med Norskehavet som laboratorium har NTNU en klar ambisjon om å bli verdensledende på marin teknologi for leting og utvinning av mineraler i dyphavet.

– Først må vi finne den riktige høystakken, så er det tid for å lete etter nåla.

Steinar Ellefmo og Kurt Aasly prøver å illustrere at det ikke er helt enkelt å finne mineralforekomster i dyphavet. Men etter at de er funnet, er det heller ikke rett fram å starte produksjon, frakte malmen opp til overflaten, framstille et konsentrat og deretter sende alt materiale til land.

Vanskelighetene står i kø. Dessuten er det også betydelige utfordringer knyttet til miljøet, så dette er også noe NTNU jobber aktivt med.

Ambisjonene er det likevel ingenting å si på.

– Dette er en ny industri hvor Norge bør bli ledende. Målsettingen er derfor at vi på sikt skal kunne levere kunnskap, tjenester og teknologi som er relevant for utforsking og utvinning av dyphavsmineraler, framholder Aasly.

Aasly og Ellefmo er begge sterkt engasjert i prosjektet MarMine – et kompetanseprosjekt for næringslivet – som ledes fra NTNU og er et ledd i en større marin satsing ved universitetet.

Strategisk satsingsområde
Det foreløpige høydepunktet ble nådd i fjor sommer. Med finansiering fra Norges forskningsråd (25 millioner kroner) og ledende norske industriaktører, gjennomførte NTNU et treukers tokt til Mohnsryggen i Norskehavet. Hensikten var å undersøke potensialet for mineralutvinning på havbunnen.

– Bakgrunnen var at NTNU tidligere har estimert at den utvidete, norske kontinentalsokkelen kan inneholde mineraler og metaller som representerer store verdier. 1000 milliarder er nevnt, forteller geolog og mineralog Kurt Aasly ved Institutt for geovitenskap og petroleum. Aasly er prosjektleder for MarMine.

Prosjektet er rettet mot forskning rundt ulike typer utvinningsteknologier for produksjon av massive sulfidforekomster på den midt-atlantiske ryggen i Arktis. Det startet i 2015 og skal avsluttes i 2020.

«For NTNU er dette et svært viktig strategisk satsingsområde. Vår oppgave er å bidra med forskning og kunnskap slik at Norge på best mulig måte kan få utnyttet det enorme økonomiske potensialet som marine mineraler på norsk sokkel representerer,» har Ingvald Strømmen, tidligere dekan ved fakultet for ingeniørvitenskap og teknolog, uttalt.
Kurt Aasly er enig i at det er et stort økonomisk og teknologisk potensial.

– Derfor er vi glad for at vi har fått med representanter fra norsk industri som, gjennom deltagelse i MarMine, viser at de ser mulighetene som ligger i marine mineraler i framtiden, påpeker Aasly.

Prosjektlederen var i etterkant av toktet svært fornøyd og skrev ubeskjedent på bloggen at «the cruise has been a success and we have accomplished all main goals».

Det betød at geologene fikk med seg prøver for videre undersøkelser i laboratoriet, at biologene hadde samlet både materiale og videotransekter for sine miljøstudier, samt at prosjektet fikk testet ut leteteknologi, herunder utstyr for kjerneboring inn i basalt på 2750 meters dyp med en ROV-basert borerigg.

– Vi har nok forskningsmateriale for mange år framover, langt ut over 2020, og i tillegg vil industripartnerne i prosjektet benytte seg av resultatene, sier Aasly.

Omstendelig prosess
Kimen til prosjektet ble lagt allerede for fem år siden da Steinar Ellefmo la fram en studie med en førstehånds vurdering av ressurspotensialet som et utvalg dyphavsmineraler representerer på den utvidete norske kontinentalsokkelen.

Ressursrapporten antydet at sulfidskorsteiner, på både Mohnsryggen og Knipovichryggen, kan være attraktive med hensyn på metallene kobber, sink, sølv og gull.

Utvinning av metaller på havbunnen handler imidlertid om mye mer enn å vurdere ressurspotensialet. Utfordringene – og dermed forskningsoppgavene – står i kø.

– De starter med hvordan geologene skal finne mineraliseringene som inneholder de interessante elementene kobber (Cu) og sink (Zn), og kanskje gull (Au) og sølv (Ag), forteller Aasly.

Videre må forskerne forstå hvordan man enklest, mest kostnadseffektivt og med minst mulig fotavtrykk først kan bryte malmen, deretter transportere den, eller et konsentrat, 3000 meter opp til overflaten der produksjonsskipet ligger.

– For å effektivisere brytningen har vi arbeidet med å etablere flere mulige 3D-modeller av Lokeslottet. Modellene utgjør grunnlaget for å utarbeide forslag til teknologi og arbeidsmetodikk for å evaluere verdien av eventuelle forekomster.
Neste steg i produksjonsprosessen er å konsentrere de verdifulle mineralene. Det gruvefolkene kaller oppredning.

– Det er alt for tidlig å si om mineralsepareringen faktisk kan begynne allerede på havbunnen, om det må skje om bord i skipet, eller om det vil bli nødvendig å frakte malmen, inkludert verdiløs stein, inn til land.

Mineralassosiasjoner, teksturer og kornstørrelse bidrar ifølge Aasly til forskjellige utfordringer. Analysene viser svært varierende og komplekse malmteksturer, for eksempel sammenvoksninger av ulike malmmineralfaser. En annen utfordring er kornstørrelsesfordelingen til malmmineralene. Disse må studeres for å finne en optimal separasjonsprosess. Ikke ulikt de oppgavene som landbaserte gruver står overfor.

Ett av de siste stegene i oppredningen er flotasjon og utluting.

– Dette har vi testet med interessante resultater, hevder Aasly.

– Samtidig skal vi beskytte og ta vare på miljøet som, langt der nede på havbunnen, blant rykende, malmdannende skorsteiner, preges av et unikt og stort biologisk mangfold.

Ukjent øvelse
Bakteppet for MarMine er at det ikke et eneste sted på kloden foregår utvinning av mineraler på havbunnen. Det canadiske selskapet Nautilus Minerals har kommet lengst med et prosjekt (Solwara 1) utenfor Papua New Guinea i Stillehavet.

– I beste fall vil produksjon av kobber, sink, sølv og gull fra sulfidskorsteiner kunne begynne i 2019. Nautilus sin produksjon vil imidlertid foregå på rundt 1600 meter, mens vår forskning vil måtte gå enda dypere, helt ned til 3000 meter, for å være relevant for norske forhold, sier Ellefmo.

– Japanerne har også kommet langt, og basert på at de i år har foretatt en pilot der det ble produsert malm med sink, kobber, gull og bly, forventer vi at testproduksjon kommer i gang om ikke lenge. Selv mener de at kommersiell produksjon kan komme i gang før det har gått ti år.

Mineralproduksjon på store havdyp er altså en i all hovedsak en ukjent øvelse. Fra før av har Universitetet i Bergen bygget opp et «dyphavsmiljø» som konsentrerer seg om vulkanske og hydrotermale prosesser på dyphavet, hvordan livet på Jorden oppstod, og hvordan dyphavets dynamikk påvirker kloden. NGU i Trondheim har kommet inn som en aktiv partner i MarMine-prosjektet, mens Oljedirektoratet har fått forvaltningsansvaret for all utforskning i dyphavet. Det er altså liten tvil om at Norge satser bredt.

– Vi bygger nå opp et bredt miljø ved NTNU som skal håndtere alle sider ved utforskning og utvinning av mineraler på havbunnen, sier Aasly.

Japan has successfully tapped into a deposit of mineral resources from a deep-water seabed off the coast of Okinawa, the largest such extraction of its type. It is the first time metals have been mined from the seabed in such quantities using ship-based extraction technology.
Japan Times, 26. september 2017

Langt fram
Leting og utvinning av mineraler i dyphavet har igjen kommet på dagsorden. To ting har skjedd i år. Det ene er at Olje- og energidepartementet har fått forvaltningsansvaret for undersøkelser og utvinning av mineralforekomster på kontinentalsokkelen (GEO 04/2017; «OD får ansvaret for mineraler»). Det andre er at regjerningen har lagt ut et forslag til «lov om mineral-virksomhet på kontinentalsokkelen»[1] (GEO 05/2017: «Mineraler i dyphavet: Høring om ny lov»; geo365.no: «Skivebom om regelverket»).

[1] Dette refererer til den juridiske definisjonen av kontinentalsokkelen som er betydelig mer arealomfattende enn den geologiske definisjonen, se GEO 03/2017, side 16.

Internasjonalt har det vært drevet leting etter havbunnsressurser i over 15 år, der leteområdene er tildelt av Den internasjonale havbunnsmyndigheten. De første områdene ble tildelt 7 pioner-investorer på 1990-tallet, men kontraktene begynte ikke å gjelde før i 2001. Først da var det internasjonale regelverket for leting etter manganknoller på plass. Så skjedde det lite inntil 2012. Det året steg plutselig antall søknader om letekrontrakter betydelig og holdt seg der de neste tre – fire årene (GEO 03/2017: «Framtidens mineraler»).

I det internasjonale havbunnsområdet 2017 er det 27 aktive letekontrakter. De fleste kontraktørene er statseide institusjoner, men de siste årene har også private selskaper kommet på banen. Alle kontraktørene må – etter Havrettstraktaten – ha offisiell støtte fra sitt lands regjering.

Kommersiell leting innenfor norsk økonomisk sone er fortsatt i det blå. Alt som nå skjer kommer i kategorien forskning. Det er også fortsatt langt fram til Oljedirektoratet kan gjøre ressursestimering, noe som ifølge det nye lovverket er en forutsetning for å dele ut lisenser for leting og utvinning, og derfor enda lengre fram til mineralindustrien aktivt kan begynne å lete etter kommersielle forekomster.

Sett i det perspektivet har forskerne god tid på seg. Dessuten vil kommersiell leting og utvinning på den utvidete kontinentalsokkelen være fullstendig avhengig av det forskerne finner ut og hva teknologene utvikler.

Tre typer forekomster
Mineralforekomstene deles inn i tre typer: mangannoduler/manganknoller, manganskorper og sulfider.

Alle sammen inneholder flere slags metaller, og alle ligger på store havdyp, mellom 1500 og 6000 meter, utenfor kontinentalsoklene der vi finner olje og gass.

Mangannoduler (eng: polymetallic nodules, PMN) ligger på bløt bunn på store havdyp og inneholder mye mangan og jern, samt mindre mengder kobber, nikkel, kobolt, titan og platina.
Manganskorpene (eng: ferromanganese crusts) inneholder også mest mangan og jern, med mindre mengder titan, kobolt, nikkel, zirkonium og sjeldne jordartsmetaller (REE). Disse vokser som laminerte belegg på fast fjell der slike stikker opp på havbunnen, typisk på dyp mellom 1500 og 3000 meter.
Sulfidene («sulfidskorsteiner», SMS; eng: polymetallic sulfides) inneholder hovedsakelig bly, sink, kobber, kobolt, gull og sølv. De er knyttet til varme kilder på verdenshavenes vulkanske spredningsrygger og øybuer der de danner «svarte skorsteiner» («black smokers») og sulfidslam. Slike svarte skorsteiner er aktive i noen tusen år før de dør ut og etterlater seg «sulfidgrushauger» (mounds). Hovedmengden av sulfidmalmressursene ligger i disse forlatte haugene.
Kilde: GEO 03/2017: «Framtidens mineraler»

Inn i framtiden
MarMine er bare starten på noe større. NTNU som helhet, ikke bare Institutt for geovitenskap og petroleum (IGP), satser stort på et prosjekt kalt Deep Sea Mining Pilot (DSM) under paraplyen NTNU Oceans.

DSM-piloten er et interdisiplinært prosjekt som omfatter store deler av aktivitetene som NTNU har på marine mineraler. Alle forskerne tilknyttet MarMine er derfor med i piloten og bidrar med sin kompetanse og erfaring.

Piloten fanger bredt. Den inneholder aktiviteter knyttet til økt forståelse av malmdannende prosesser, leteteknologi, utvinningsaktiviteter på havbunnen, vertikaltransport, ressursestimering, miljøutfordringer (spesielt knyttet til eventuell oppvirvling og spredning av sediment), karakteriserings- og oppredningsutfordringer, distribusjon og bruk av elektrisk kraft på havbunnen, etiske problemstillinger samt en økt forståelse av hvordan det internasjonale lovverket for regulering av aktivitet på havbunnen har utviklet seg.

Teknologisk spydspiss
Interessen for dyphavsmineraler er flere tiår gammel, og mange land har opparbeidet kunnskap uten at dette har materialisert seg i utvinning.

– Det er nå det tar av, og vår ambisjon er å bli verdensledende på dette feltet, er Kurt Aasly og Steinar Ellefmo skjønt enige om.

Det er godt å konstatere at norsk teknologis høyborg er sterkt engasjert og har ambisjoner for mineralindustriens framtid. Og Norges framtid.

Miljøutfordringen
En spesiell utfordring i utvinning av mineraler fra havbunnen er å se til at utvinningen skjer i henhold til en robust miljølovgivning. MarMine bidrar med innsamling av data om de aktuelle økosystemene som gjør forskerne i stand til å forstå disse bedre, og deretter utvikle gode forvaltningssystem. Fokus har vært på den antatte inaktive «Mohnsskatten» som er dekket av finkornede sedimenter med blotninger av basalt. Foreløpige resultater viser at sjøliljer (krinoider) er blant dyrene som oftest forekommer på sedimentene, mens ulike svamper er vanligst på bergartsblotningene. Faunaen er dokumentert som normal i forhold til annen bunnlevende fauna i dyphavet. Konsekvensen av mineraluttak, bl.a. for de store feltene med stilkede sjøliljer, vil likevel måtte vurderes.