Studie: Der CO₂-Fußabdruck des Metallbergbaus ist mehr als zehnmal höher

Eine neue Studie kommt zu dem Ergebnis, dass der CO₂-Fußabdruck des Metallbergbaus mehr als zehnmal so hoch sein könnte wie bislang angenommen.

Die zusätzlichen Kohlendioxidemissionen entstehen durch saures Wasser, das noch lange nach dem Ende des Abbaus aus Bergwerksstandorten abfließt.

Für den Bau von Windkraftanlagen, Batterien und leistungsfähigeren Stromnetzen werden deutlich größere Mengen Kupfer und Zink benötigt. Die Pläne zur Bereinigung dieser Lieferkette basieren jedoch auf Emissionszahlen, die diese Quelle vollständig ausklammern.

Entstehung saurer Grubenwässer

Metallerze sind häufig in Sulfidmineralen gebunden. Pyrit ist das verbreitetste Gestein, das Metall mit Schwefel verbindet. Durch den Bergbau kommen diese Minerale erstmals seit Millionen von Jahren wieder mit Sauerstoff und Regen in Berührung.

Bei dieser Reaktion wird das abfließende Wasser zu verdünnter Schwefelsäure und transportiert gelöstes Eisen sowie Aluminium ab. Die Schäden für Flüsse sind gut dokumentiert – die Klimawirkung dagegen nicht.

Die Säure muss irgendwohin gelangen: Trifft der Bergbauabfluss auf Kalkstein, setzt die Reaktion Kohlendioxid in die Atmosphäre frei. Dasselbe geschieht im Meer, weil Meerwasser Säure neutralisiert und dabei Kohlendioxid abgibt.

Einer Schätzung zufolge verursachen Bergbau und Metallproduktion rund ein Zehntel der energiebedingten Treibhausgasemissionen weltweit. Diese Bilanz berücksichtigt Diesel, Strom und die Erzaufbereitung. Kohlendioxid aus saurem Grubenwasser ist darin nicht enthalten.

Zwei der sauersten Flüsse der Erde

Ein Team unter Leitung von Dr. Luke Bridgestock, Geochemiker an der University of St Andrews, machte sich daran, diese Lücke zu quantifizieren. Dafür reisten die Forschenden in den Iberischen Pyritgürtel im Südwesten Spaniens.

Nirgendwo auf der Erde sind Sulfiderze so dicht konzentriert. In der Region gibt es mehr als 1,6 Milliarden Tonnen davon sowie 82 aktive und stillgelegte Minen.

Bereits seit der Antike wird dort Erz gefördert, wobei der überwiegende Teil seit 1875 abgebaut wurde. Zwischen 1873 und 2001 holten Bergleute etwa 245 Millionen Tonnen aus dem Boden.

Zwei Flüsse entwässern das Gebiet: der Tinto und der Odiel. Jahrhunderte des Abflusses haben sie zu zwei der sauersten Flüsse weltweit gemacht. Der Tinto ist rostrot gefärbt und weist einen pH-Wert zwischen 2 und 4 auf.

Das Team beprobte beide Flüsse 2024 zweimal, zunächst im April bei hohem Wasserstand. Im Juni war der Tinto fast zum Stillstand gekommen; am Pegel ließ sich kaum noch Durchfluss feststellen.

Vor Ort bestimmten die Forschenden Säuregehalt und gelöste Metalle. Eisenproben wurden innerhalb eines Tages an die Universität Huelva geschickt, bevor das Metall seine Form verändern konnte.

Wo Kohlendioxid entsteht

Etwa die Hälfte der Säure erreicht das Meer nie. Das Gestein, das das Wasser zunächst durchfließt, neutralisiert sie, ohne dabei Kohlendioxid freizusetzen.

Der Gehalt an gelöstem Kalzium in den Flüssen deutete zunächst darauf hin, dass Kalkstein diese Aufgabe übernimmt. Die Magnesiumwerte schlossen diese Erklärung jedoch aus. Die chemischen Daten passen eher zu dem vulkanischen Gestein, in dem das Erz lagert.

Die andere Hälfte wird dort neutralisiert, wo die Flüsse in der Ría-de-Huelva-Mündung auf das Meer treffen. Innerhalb dieser Mischzone verliert Meerwasser schrittweise seine Fähigkeit, Säure aufzunehmen.

Eisen und Aluminium fallen als feste Partikel aus dem Wasser aus. Sobald die Säure schließlich aufgebraucht ist, steigt der pH-Wert stark an.

Labortests bestätigen die Chemie

Um die Messwerte aus dem Gelände zu überprüfen, vermischte das Team im Labor Flusswasser mit Meerwasser. Es erfasste, wie viel Meerwasser jede Probe benötigte, um wieder neutral zu werden. Die Ergebnisse bestätigten sich: Feld- und Laborwerte stimmten bis auf etwa ein Zehntel überein.

Die Bilanz geht jedoch nicht vollständig auf. Meerwasser nimmt etwas weniger Säure auf, als die gelösten Metalle erwarten lassen würden. Die Forschenden vermuten, dass sich absetzende Metalle einen Teil des Schwefels in Mineralen einschließen, die erst später zerfallen.

Bislang hatte niemand beobachtet, wie das Gas das Wasser verlässt. Das Team berechnete deshalb die entstehende Menge; diese Gewässer bleiben über Jahre hinweg mit der Luft in Kontakt.

Auf ein ganzes Jahr hochgerechnet setzt saurer Bergbauabfluss aus diesen beiden Flüssen rund 32,000 Tonnen Kohlendioxid frei.

Kohlenstoffemissionen überdauern den Bergbau

Bezogen auf die Kupferförderung der Region entspricht dies 0.3 bis 4.2 Tonnen Kohlendioxid je Tonne Metall. Herkömmliche CO₂-Fußabdrücke für die Kupferproduktion liegen zwischen 1 und 9 Tonnen.

Die bislang nicht erfasste Quelle liegt damit bereits in derselben Größenordnung wie alle Emissionen, die die Branche berücksichtigt. Die höhere Zahl ergibt sich zudem aus einem Prozess, der noch nicht abgeschlossen ist: Sulfidgestein in Abraumhalden oxidiert an der Oberfläche über Jahrhunderte bis Jahrtausende. Jahr für Jahr bildet sich dadurch weitere Säure – und anschließend weiteres Kohlendioxid.

Das Gestein reagiert weiter, bis es vollständig verbraucht ist. Dann wird die Gesamtsumme zwischen 7 und 165 Tonnen Kohlendioxid pro geförderter Tonne Kupfer erreichen. Das ist mehr als das Zehnfache des herkömmlichen Werts.

„Dies ist ein schockierendes Ergebnis“, sagte Bridgestock, der leitende Autor der Studie.

Für das bereits abgebaute Erz ergibt sich ein Gesamtbudget von etwa 80 bis 155 Millionen Tonnen Kohlendioxid. Bei der gegenwärtigen Freisetzungsrate in der Flussmündung würde es 2,000 bis 7,000 Jahre dauern, dieses Budget auszuschöpfen.

Der Bergbau hinterlässt ein dauerhaftes Kohlenstofferbe

Die Erkenntnis betrifft einen Sektor, dessen Emissionsbilanz stetig umfangreicher wird. Eine Analyse aus dem vergangenen Jahr untersuchte Wälder, die für Minen zur Förderung von Metallen für saubere Energien gerodet wurden. Der Verlust dieser Wälder erhöhte die Kohlenstoffkosten der Gewinnung im Durchschnitt um 63 Prozent.

Auch Entscheidungen zur Sanierung haben Gewicht. In Aufbereitungsanlagen wird saures Grubenwasser häufig mit zerkleinertem Kalkstein neutralisiert, wodurch gezielt Kohlendioxid freigesetzt wird.

Würde Sulfidabraum so gelagert, dass er langsamer oxidiert, würden sich dieselben Emissionen lediglich über einen längeren Zeitraum verteilen.

„Wir müssen die Bergbauindustrie dekarbonisieren“, sagte Bridgestock.

Der CO₂-Fußabdruck des Bergbaus wächst

Welche Rolle der Bergbau in Plänen zur Klimaneutralität spielt, hängt davon ab, diese Summen korrekt zu erfassen. Eine aktuelle Studie ergab, dass eine vollständige Elektrifizierung des Bergbaus den Fußabdruck von Kupfer um mehr als das Zehnfache senken könnte.

Die Emissionen aus saurem Grubenwasser blieben von dieser Veränderung unberührt. Sie würden dann den verbleibenden Anteil am Fußabdruck von Kupfer dominieren.

Vor dieser Arbeit war die Reaktion als Chemie bekannt, der keine Zahl zugeordnet war. Jetzt gibt es eine.

An einem Standort mit einer so hohen Konzentration an Sulfidgestein ist diese Zahl groß genug, um alle anderen Bilanzposten zu übertreffen. Unternehmen und Aufsichtsbehörden können nun Emissionen erfassen, die noch lange nach der Stilllegung einer Mine weiter anfallen.

Die vom Team angewandte Methode lässt sich gut übertragen. Jede Bergbauregion, die von einem Fluss entwässert wird, kann auf dieselbe Weise untersucht werden.