DE4039473A1 - Verfahren zum foerdern von gegenstaenden jeglicher art aus gewaessern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fördern von Gegenstän­ den jeglicher Art aus Gewässern, insbesondere zum Fördern von Manganknollen aus Tiefseebereichen.

Verfahren zum Fördern von Gegenständen jeglicher Art aus Gewäs­ sern sind seit Jahrzehnten in vielfältigster Art aus der Praxis bekannt. Beispielsweise gehört es zum Stand der Technik, daß beispielsweise Geröll, Schlamm oder dgl. über ein Saugrohr vom Meeresboden abgesaugt wird. Je nach Größe der zu fördernden Ge­ genstände ist ein entsprechender Saugrohrdurchmesser sowie eine entsprechende Saugleistung erforderlich. Ein Verfahren der in Rede stehenden Art ist jedenfalls dann stets problematisch, wenn Gegenstände aus großen Tiefen gefördert werden sollen.

Eine weitere Fördermethode besteht darin, daß das Fördergut, vorzugsweise mittels Manipulatoren, in Förderbehältnisse ver­ bracht wird, die dann mechanisch, d. h. mittels einer entspre­ chenden Transporteinrichtung, zur Wasseroberfläche verbracht werden. Auch dieses Verfahren ist bei sehr großen Tiefen pro­ blematisch und aufgrund der konstruktiven Erfordernisse äußerst aufwendig.

Manganknollen sind in den Tiefseetonablagerungen in konzen­ trisch-schaligen Konkretionen angereicherte Manganerze und fin­ den sich am Boden der Meere. Nach derzeitigen Schätzungen ent­ halten die im Zentralpazifik liegenden Manganknollen beispiels­ weise etwa 12 Mrd. Tonnen Kupfer und 17 Mrd. Tonnen Nickel. Folglich ist ihre Förderung aufgrund der relativ hohen Mangan-, Eisen-, Kupfer-, Nickel- und Kobaltanteile wirtschaftlich äu­ ßerst interessant. Jedoch muß deren Förderung aus Meerestiefen von über 4000 m erfolgen, wodurch sich hinsichtlich herkömmli­ cher Fördermethoden die voranstehend erörterten Probleme erge­ ben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fördern von Gegenständen jeglicher Art aus Gewässern an­ zugeben, das sich insbesondere zum Fördern von Manganknollen aus Tiefseebereichen eignet, welches also zum Fördern aus großen Wassertiefen geeignet und dabei technisch wenig aufwen­ dig und wirtschaftlich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach weist ein Verfahren zum Fördern von Gegenständen jeglicher Art aus Gewäs­ sern, insbesondere zum Fördern von Manganknollen aus Tiefseebe­ reichen, folgende Verfahrensschritte auf:
Das Fördergut wird an der Förderstelle vorzugsweise mittels eines ferngesteuerten Ma­ nipulators in ein Förderbehältnis verbracht, wobei das Förder­ behältnis mit einer Auftriebseinrichtung verbunden ist, die einen im wesentlichen gasdicht ausgeführten Gasspeicher auf­ weist. Danach wird der Gasspeicher am Förderort mit durch elek­ trolytische Zerlegung von Wasser gewonnenem Wasserstoff und Sauerstoff gefüllt, bis der Gasspeicher mit dem gefüllten För­ derbehältnis durch den vom Gas verursachten Auftrieb zur Was­ seroberfläche gelangt.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, daß Fördergut jeg­ licher Art insbesondere aus großen Meerestiefen durch Auftrieb an die Wasseroberfläche verbringbar ist. Weiter erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß das zum Auftrieb erforderliche Gas nicht erst von der Wasseroberfläche zur Förderstelle verbracht werden muß, sondern vielmehr gleich an der Förderstelle "erzeugt" werden kann. Dazu wird weiter erfindungsgemäß die Elektrolyse eingesetzt, wobei hier die Elektrolyse zur Zerle­ gung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff dient. Erfin­ dungsgemäß ist also erreicht worden, daß das zum Auftrieb die­ nende Gas nicht erst beispielsweise in große Meerestiefen ver­ bracht und dabei komprimiert werden muß, sondern vielmehr di­ rekt dort, wo es benötigt wird, erzeugt wird.

Hinsichtlich eines sicheren Füllens des Gasspeichers ist es von besonderem Vorteil, wenn zum Füllen des Gasspeichers mit Was­ serstoff und Sauerstoff im Einströmbereich des Gasspeichers - ebenfalls vorzugsweise mittels eines Manipulators - Elektroden eines Elektrolyseurs angeordnet werden, so daß die elektroly­ tisch gewonnenen Gase direkt in den Gasspeicher einströmen kön­ nen. Ebenfalls ist es möglich, den Elektrolyseur einer zentra­ len Gasstation zuzuordnen, so daß von dort aus - über Zuleitun­ gen - die Gasspeicher indirekt mit Wasserstoff und Sauerstoff befüllbar sind.

Hinsichtlich der Anordnung des Gasspeichers relativ zum Förder­ behältnis und hinsichtlich der Ausgestaltung des Gasspeichers ist es von besonderem Vorteil, wenn der Gasspeicher im gefüll­ ten Zustand im Sinne eines Heißluftballons über dem Förderbe­ hältnis angeordnet ist. Der Gasspeicher ist dabei so bemessen, daß der darin befindliche Wasserstoff und Sauerstoff gerade ausreicht, das Förderbehältnis mit maximaler vorgegebener Nutz­ last an die Wasseroberfläche zu fördern.

Wenn nun das im Gasspeicher befindliche Gas bei beispielsweise 4000 m Meerestiefe ein den Gasspeicher gerade füllendes Volumen einnimmt, so wird sich dieses Gas während der Förderung zur Wasseroberfläche hin mit abnehmender Meerestiefe ausdehnen. Da­ mit dabei der Gasspeicher nicht explodiert bzw. beschädigt wird, muß dafür Sorge getragen werden, daß das Gas entweichen kann. Folglich ist der Gasspeicher in weiter vorteilhafter Weise - ebenfalls wie ein Heißluftballon - zum Förderbehältnis hin offen, so daß mit zunehmendem Gasvolumen das Gas ungehin­ dert ausströmen und zur Wasseroberfläche gelangen kann.

Der Gasspeicher sollte zur Verringerung des Gesamtgewichts von Gasspeicher und Förderbehältnis aus einem leichten Material ausgebildet sein. Ebenso sollte er stoffähnlich handhabbar sein. Dazu könnte der Gasspeicher aus einem stoffähnlichen Ma­ terial oder aus einem gewebeverstärkten Kunststoff oder Gummi hergestellt sein. Grundsätzlich ist der Gasspeicher aus jegli­ chen denkbaren, weitgehend gasdichten und dabei leichten Mate­ rialien herstellbar.

Das Förderbehältnis sollte zur Gewichtsreduzierung ebenfalls aus einem sehr leichten Material gefertigt sein. Beispielsweise könnte man dazu Aluminium verwenden, das in Form eines engma­ schigen Korbes geformt sein könnte. Beispielsweise ließe sich ein solches Förderbehältnis aus einem Aluminiumdraht oder der­ gleichen herstellen. Da beispielsweise Manganknollen vorzugs­ weise im Pazifik, also im Salzwasser vorkommen, sollten die zur Herstellung des Gasspeichers und des Förderbehältnisses verwen­ deten Materialien gegenüber Salzwasser resistent sein.

Der zur elektrolytischen Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff dienende Elektrolyseur muß mit elektrischem Strom versorgt werden. Dieser Strom könnte von einer Batterie oder einem Generator stammen, wobei die Batterie von Zeit zu Zeit aufgeladen bzw. erneuert und der Generator betankt werden müßte. In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die Stromver­ sorgung zum Betreiben des Elektrolyseurs jedoch über ein von der Wasseroberfläche aus abgesenktes Versorgungskabel, das wie­ derum entsprechende gleichstromführende Kabel aufweist.

Damit nun das Beladen des Förderbehältnisses mittels des Mani­ pulators einerseits überwacht werden kann, andererseits schnell durchführbar ist, weist der Manipulator in vorteilhafter Weise eine Fernsehkamera auf, über die das Sammeln und Laden der Ge­ genstände und auch ggf. der Betrieb des Elektrolyseurs von der Wasseroberfläche aus, d. h. von einer oberhalb der Wasserober­ fläche befindlichen Station aus, überwachbar ist. Auch die Fernsehkamera kann über das bereits zuvor erwähnte Versorgungs­ kabel mit der vorzugsweise an der Wasseroberfläche vorgesehenen Station - zum Bedienen des Manipulators - verbunden sein. Folg­ lich könnte das Versorgungskabel die Stromversorgung für den Elektrolyseur, die Stromversorgung für den bzw. die Manipu­ latoren und eine Online-Verbindung zwischen Videokamera und der Station zum Bedienen des Manipulators umfassen.

Damit nun der Gasspeicher mit dem damit verbundenen Förderbe­ hältnis durch starke Wasserströmungen nicht abgetrieben wird, damit also das Sammeln der zur Wasseroberfläche geförderten Förderbehältnisse nicht unverhältnismäßig erschwert ist, wird das Förderbehältnis und/oder der Gasspeicher bzw. die Auftriebseinrichtung an einer zur Wasseroberfläche reichenden Führung, vorzugsweise an einem Seil oder dgl., geführt. In be­ sonders vorteilhafter Weise dient das Versorgungskabel gleich­ zeitig auch als Seilführung. Das Förderbehältnis bzw. der Gas­ speicher könnte beispielsweise mittels einer das Versorgungska­ bel oder ein Seil mit Spiel umfassenden Schelle oder derglei­ chen an dem Versorgungskabel geführt sein, so daß der Austritt des Versorgungskabels aus dem Wasser auch gleichzeitig den Auf­ tauchbereich für das Förderbehältnis vorgibt.

Sollte keine Führung verwendet werden, jedoch die Position des Förderbehältnisses jederzeit genau bestimmbar sein, so müßte das Förderbehältnis bzw. die Auftriebseinrichtung einen Sender zur Ortung des Förderbehältnisses aufweisen. Auch könnte vor­ zugsweise dem Gasspeicher ein Lichtsignal zugeordnet sein, das mit Auftauchen aus dem Wasser leicht erkennbar ist, wodurch das Einsammeln der Förderbehälter ebenfalls wiederum erleichtert ist.

Hinsichtlich der Bergung der Förderbehältnisse mit den damit verbundenen Gasspeichern ist es von besonderem Vorteil, wenn das Förderbehältnis an der Wasseroberfläche vorzugsweise von einem Schiff, einer Plattform oder dgl. aus eingesammelt wird, wobei sich das durch Elektrolyse entstandene und im Gasspeicher befindliche Gasgemisch in der Luft verflüchtigt. Das Förderbe­ hältnis würde beispielsweise an Bord eines Schiffes entleert und bei weiterer Förderung - gemeinsam mit dem ebenfalls ent­ leerten Gasspeicher - wieder in das Wasser gegeben werden. Auf­ grund seines Eigengewichts, insbesondere aufgrund des Eigenge­ wichts des Förderbehältnisses, würde das Förderbehältnis mit dem Gasspeicher zusammen wieder an die Förderstelle zum erneu­ ten Beladen gelangen. Sollte das Eigengewicht des Förderbehält­ nisses zum Abtauchen nicht ausreichen, so könnte dieses mit Ge­ wichten versehen werden. Dazu könnte beispielsweise ungewollt gefördertes Gestein dienen, welches am Meeresboden, beispiels­ weise aus einer gesonderten Kammer, wieder entladen wird.

Damit das Förderbehältnis mit dem Gasspeicher bzw. mit der Auf­ triebseinrichtung sicher an die Förderstelle abgesenkt werden kann, ist in vorteilhafter Weisse eine von der Wasseroberfläche zur Förderstelle reichende Führung vorgesehen. Diese Führung ist vorzugsweise als Seil oder dgl. ausgeführt.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende kurze Erläuterung eines Ausführungsbeispiels einer das erfin­ dungsgemäße Verfahren benutzenden Vorrichtung anhand der einzi­ gen Figur zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der das erfindungsgemäße Verfahren benutzenden Vorrichtung anhand der Zeichnung werden auch weitere bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

Die einzige Figur zeigt lediglich schematisch ein auf dem Mee­ resboden 1 befindliches Förderbehältnis 2, das mit einer Auf­ triebseinrichtung 3 verbunden ist. Diese Auftriebseinrichtung besteht im wesentlichen aus einem bereits mit Wasserstoff und Sauerstoff gefüllten Gasspeicher 4, der im Sinne eines Heiß­ luftballons über dem Förderbehältnis 2 angeordnet ist und auf­ grund des durch das Gas verursachten Auftriebs das Förderbe­ hältnis 2 mit darin befindlichen Manganknollen 5 zur Wasseroberfläche 8 befördert.

Ein zum Beladen des Förderbehältnisses 2 dienender Manipulator 6 sowie ein zur Zerlegung des Wassers in Wasserstoff und Sauer­ stoff dienender Elektrolyseur 7 ist jeweils lediglich angedeutet.

Die einzige Figur zeigt deutlich, daß der Gasspeicher 4 in sei­ nem gefüllten Zustand im Sinne eines Heißluftballons über dem Förderbehältnis 2 schwebend angeordnet ist. Die Figur zeigt desweiteren, daß der Gasspeicher 4 - ebenfalls wie ein Heiß­ luftballon - zum Förderbehältnis 2 hin offen ist, so daß das mit abnehmender Wassertiefe sich ausdehnende Gas entweichen kann. Desweiteren läßt die einzige Figur andeutungsweise erken­ nen, daß der Gasspeicher 4 aus einem stoffähnlichen Material, beispielsweise aus einem gewebeverstärkten Kunststoff oder Gummi, hergestellt ist.

Das Förderbehältnis 2 ist zur Gewichtsreduzierung als engma­ schiger Korb, beispielsweise aus Aluminium, ausgeführt.

Die Stromversorgung zum Betreiben des Elektrolyseurs 7 erfolgt über ein von der Wasseroberfläche 8 aus abgesenktes Versor­ gungskabel 9. Der Manipulator 6 weist desweiteren eine Fernseh­ kamera 10 auf, über die das Sammeln und Laden der Gegenstände einerseits und der Betrieb des Elektrolyseurs 7 andererseits von der Wasseroberfläche 8 aus überwachbar ist. Wie der Elek­ trolyseur 7 ist auch die Fernsehkamera 10 über das Versorgungskabel 9 mit einer an der Wasseroberfläche 8 vorgese­ henen Station 11 zum Bedienen des Manipulators 6 verbunden.

Die einzige Figur läßt ebenso erkennen, daß das Förderbehältnis 2 an einer zur Wasseroberfläche 8 reichenden Führung 12 geführt ist. Dabei handelt es sich bei der Führung 12 um das Versor­ gungskabel 9.

Schließlich könnte das Förderbehältnis 2 bzw. die Auftriebsein­ richtung 3 einen Sender zur Ortung des Förderbehältnisses 2 aufweisen.

Nach Entleerung des Förderbehältnisses 2 an der Wasseroberflä­ che 8, beispielsweise von einem Schiff 13 aus, wird das Förder­ behältnis 2 zusammen mit dem Gasspeicher 4 wieder in das Wasser gegeben, so daß es aufgrund seines Eigengewichts oder aufgrund zugeladener Gewichte wieder an die Förderstelle zum erneuten Beladen und Fördern gelangt. Dazu könnte das Förderbehältnis und/oder der Gasspeicher bzw. die Auftriebseinrichtung an einer von der Wasseroberfläche zur Förderstelle reichenden Führung, vorzugsweise an einem Seil oder dgl., geführt sein.

Abschließend sei hervorgehoben, daß die erfindungsgemäße Lehre - Fördern von Gegenständen jeglicher Art, insbesondere aus Tiefseebereichen, unter Nutzung elektrolytischer Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff - durch das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel lediglich beschrieben, aber nicht eingeschränkt ist.

Claims (16)

1. Verfahren zum Fördern von Gegenständen jeglicher Art aus Gewässern, insbesondere zum Fördern von Manganknollen (5) aus Tiefseebereichen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens­ schritte:
das Fördergut (5) wird an der Förderstelle vorzugsweise mittels eines ferngesteuerten Manipulators (6) in ein Förderbe­ hältnis (2) verbracht, wobei das Förderbehältnis (2) mit einer Auftriebseinrichtung (3) verbunden ist, die einen im wesentli­ chen gasdicht ausgeführten Gasspeicher (4) aufweist;
der Gasspeicher (4) wird am Förderort mit durch elektrolytische Zerlegung von Wasser gewonnenem Wasserstoff und Sauerstoff gefüllt, bis der Gasspeicher (4) mit dem gefüllten Förderbehältnis (2) durch den vom Gas verursachten Auftrieb zur Wasseroberfläche (8) gelangt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Füllen des Gasspeichers (4) mit Wasserstoff und Sauerstoff im Einströmbereich des Gasspeichers (4) - ebenfalls vorzugsweise mittels eines Manipulators - Elektroden eines Elektrolyseurs (7) angeordnet werden, so daß die elektrolytisch gewonnenen Gase direkt in den Gasspeicher (4) strömen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicher (4) im gefüllten Zustand im Sinne eines Heißluftballons über dem Förderbehältnis (2) angeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicher (4) - wie ein Heißluftballon - zum Förderbehältnis (2) hin offen ist, so daß das mit abnehmender Wassertiefe sich ausdehnende Gas entweichen kann.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gasspeicher (4) aus einem stoffähnlichen Material hergestellt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gasspeicher (4) aus einem gewebeverstärk­ ten Kunststoff oder Gummi hergestellt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Förderbehältnis (2) als vorzugsweise engmaschiger Korb ausgeführt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 2 und ggf. einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung zum Be­ treiben des Elektrolyseurs (7) über ein von der Wasseroberflä­ che (8) aus abgesenktes Versorgungskabel (9) erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Manipulator (6) eine Fernsehkamera (10) aufweist, über die das Sammeln und Laden der Gegenstände und ggf. der Betrieb des Elektrolyseurs (7) von der Wasseroberflä­ che (8) aus überwachbar ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsehkamera (10) über das Versorgungskabel (9) mit einer vorzugsweise an der Wasseroberfläche (8) vorgesehenen Station (11) zum Bedienen des Manipulators (6) verbunden ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Förderbehältnis (2) und/oder der Gasspei­ cher (4) bzw. die Auftriebseinrichtung (3) an einer zur Was­ seroberfläche (8) reichenden Führung (12), vorzugsweise an ei­ nem Seil oder dgl., geführt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Versorgungskabel (9) gleichzeitig als Seilführung ausge­ führt ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Förderbehältnis (2) bzw. die Auftriebseinrichtung (3) einen Sender zur Ortung des Förderbe­ hältnisses (2) aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Förderbehältnis (2) an der Wasseroberflä­ che (8), vorzugsweise von einem Schiff (13), einer Plattform oder dgl. aus, eingesammelt wird, wobei sich das durch Elektro­ lyse entstandene und im Gasspeicher (4) befindliche Gasgemisch in der Luft verflüchtigt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Förderbehältnis (2) entleert und ggf. wieder in das Wasser gegeben wird, so daß es vorzugsweise auf­ grund seines Eigengewichts wieder an die Förderstelle zum er­ neuten Beladen und Fördern gelangt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderbehältnis (2) und/oder der Gasspeicher (4) bzw. die Auftriebseinrichtung (3) zum Absenken an die Förderstelle an einer von der Wasseroberfläche (8) zur Förderstelle reichenden Führung, vorzugsweise an einem Seil oder dgl., geführt ist.