WO2023148001A1 - Anordung und verfahren zum abbau von bodenschätzen von einem gewässergrund - Google Patents

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WO2023148001A1
WO2023148001A1 PCT/EP2023/051185 EP2023051185W WO2023148001A1 WO 2023148001 A1 WO2023148001 A1 WO 2023148001A1 EP 2023051185 W EP2023051185 W EP 2023051185W WO 2023148001 A1 WO2023148001 A1 WO 2023148001A1
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mining
watercraft
water
unit
arrangement according
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PCT/EP2023/051185
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Inventor
Leonhard Weixler
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Bauer Maschinen Gmbh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/88—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements acting by a sucking or forcing effect, e.g. suction dredgers
    • E02F3/8833—Floating installations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/88—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements acting by a sucking or forcing effect, e.g. suction dredgers
    • E02F3/8858—Submerged units
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2095—Control of electric, electro-mechanical or mechanical equipment not otherwise provided for, e.g. ventilators, electro-driven fans

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for extracting mineral resources from the bottom of a body of water, with a watercraft for driving on the body of water and at least one mining unit which is designed to mine mineral resources on the bottom of the body of water and is connected to the watercraft via at least one delivery line, with mined mineral resources being a degradation fluid can be conveyed to the watercraft via a first conveying line, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for mining mineral resources from a body of water using a watercraft for driving on the body of water and at least one mining unit which is designed to mine mineral resources on the body of water and is connected to the watercraft via at least one delivery line, with mined mineral resources being a mining fluid is delivered to the watercraft via a first delivery line, according to the preamble of claim 14.
  • EP 3 805 465 A1 discloses an underwater removal device for mining raw materials on a body of water. This includes a removal unit, which is guided on a base frame so that it can be displaced in a horizontal direction in order to assume different removal positions.
  • WO 2015/178854 A1 and WO 2015/178853 A1 also reveal underwater mining systems. These systems employ a plurality of mobile mining units from which mined soil material is discharged to floating tanks located underwater between the mining units and a supply vessel. The mining of mineral resources at the bottom of a body of water is energy-intensive and associated with environmental pollution.
  • the invention is based on the object of specifying an arrangement and a method with which mineral resources can be extracted from a body of water in an economical and energy-efficient manner and thus in a particularly environmentally friendly manner.
  • the arrangement according to the invention is characterized in that at least one power generation unit is arranged on the watercraft, which is designed to convert heat from the decomposition fluid into electricity.
  • the invention is based on the knowledge that certain mineral resources occur more frequently in geologically active zones, for example on geologically active fracture or collision lines of the continental plates or in the area of volcanoes.
  • a further finding of the invention lies in the fact that mining fluids obtained in such zones during the mining of mineral resources can have a temperature due to geothermal effects, which can be significantly above the ambient temperature on a body of water.
  • One aspect of the invention is to use the heat of such a degradation fluid obtained from the bottom of the water by means of a power generation unit, which converts the heat of the degradation fluid into electricity.
  • a considerable amount of electrical power can be saved or replaced, which would otherwise have to be generated on the watercraft.
  • supply ships usually have ship aggregates that are operated with heavy oil or diesel, generating energy from the heat of the decomposition fluid is not only economical but also environmentally friendly. This significantly reduces the carbon footprint of mining.
  • mineral resources are often mined in sensitive areas, so that a On-site reduction of emissions from internal combustion engines also has a positive impact on the immediate environment.
  • the power generation unit has a thermal-electric generator or at least one Peltier element, which can convert temperature differences directly into electrical power via semiconductor components.
  • the heat can be converted into electricity using any suitable electricity generation unit.
  • the power generation unit is designed as a circulation system with an evaporation medium.
  • an ORC system can be provided.
  • ORC principle Organic Rankine Cycle
  • electric current can also be obtained from media or fluids in which the temperature level is only relatively slightly above the temperature level of the environment.
  • An ORC system basically works like a conventional combined heat and power plant, whereby heat from the decomposition fluid is transferred to an evaporation medium via a heat exchange process.
  • a suitable organic substance for example based on hydrocarbons or silicone oil, with a relatively low boiling point or evaporation point.
  • the steam generated in this way is expanded via a turbine, which drives a generator to generate electricity.
  • the expanded vapor can optionally be recirculated via a condenser after cooling to ambient temperature.
  • An economical yield can already be achieved with decomposition fluids with temperatures from about 50° C., in particular between 60 and 90° C. or higher.
  • this can be fed directly to the ORC system with a heat exchanger.
  • the power generation unit it is particularly expedient for the power generation unit to be preceded by a pre-heat exchanger, which transfers heat from the degradation fluid to a heat exchange medium, which can then be passed on to the power generation unit.
  • a pre-heat exchanger which transfers heat from the degradation fluid to a heat exchange medium, which can then be passed on to the power generation unit.
  • heit in particular to supply a sensitive ORC system, but to first transfer the heat to a heat exchange medium, such as water or another liquid, and then to direct this heat exchange medium to the power generation unit and in particular to the ORC system.
  • the power generation unit can also be operated with a Clausius-Rankine cycle, for example based on organic substances such as isopentane, or with a Kalina cycle.
  • a Kalina cycle a liquid medium based on ammonia and water is used as an evaporation medium with a lower evaporation point than water.
  • the steam generated by absorbing heat drives a turbine to generate electricity.
  • At least one separator unit is arranged on the watercraft, with which solid components and/or a carrier liquid can be separated from the mining fluid.
  • the separator unit can be any suitable device for solid-liquid separation.
  • the mineral resources can be found both in the solid components and as dissolved metals or minerals in the carrier liquid.
  • further separation units can be provided on the watercraft in order to separate or separate the usable substances from the decomposition fluid to the greatest possible extent.
  • the at least one separator unit can be connected upstream and/or downstream of the power generation unit.
  • a particularly good utilization of the heat of the decomposition fluid can be achieved in that the separator unit is only connected downstream of the power generation unit. In certain cases, however, it can be useful for a good flow through the heat exchanger of the power generation unit and in particular if a preheat exchanger is omitted that a separator unit is connected upstream of the power generation unit.
  • the at least one separator unit is a filter device, a decanter, a centrifuge and/or a sieve device includes.
  • a particularly good solid-liquid separation can take place with this device.
  • the carrier liquid can be the surrounding water. Depending on the type of body of water, this can be fresh water or salt water.
  • the breakdown fluid or the carrier liquid can be supplied to the power generation unit.
  • a previously described pre-heat exchanger can in particular be dispensed with.
  • the valuable or usable materials separated or obtained from the degradation fluid can be passed on from the separator unit to suitable tanks or storage facilities.
  • the mining fluid may be entirely valuable.
  • at least one return line is provided, with which at least part of the degradation fluid can be routed from the watercraft back into the body of water.
  • the return line is preferably designed in such a way that it returns the returned substances to the mining area of the water bed, as close as possible to the mining site.
  • the excavation unit is designed for sucking off free-flowing, in particular sludge-like, mineral resources.
  • the mineral resources can be deposited in mud-like layers on the bottom of the water.
  • the excavation unit has at least one removal tool with which solid base material of the body of water can be removed and crushed, the removed base material being mixed with a carrier liquid and conveyed away as excavation fluid.
  • the removal tool can in particular be a drill, a milling wheel or a revolving milling chain.
  • several driven removal tools can also be used, which in particular are provided with removal teeth.
  • the dismantling unit can be lowered from the watercraft to the bottom of the body of water using a suitable lifting device, in particular at least one cable winch. At the point at which the excavation unit is lowered, it can then excavate material from the bottom of the water.
  • the mining unit is designed with at least one drive of its own for moving along the bottom of the body of water.
  • the structural unit can be designed with a crawler chassis and/or a propulsion propeller and/or propulsion nozzles for moving in the body of water along the bottom of the body of water.
  • a so-called umbilical can be provided, through which the dismantling unit is connected to the watercraft for control, in particular with an operator's station, and for the power supply.
  • a delivery line and/or a return line can also be integrated into the umbilical, but they can also be designed as separate lines.
  • At least one feed pump is arranged on the mining unit and/or the watercraft. Conveying the free-flowing mining fluid by means of one or more conveying pumps allows the material to be transported economically.
  • the invention also relates to a method for extracting mineral resources from a body of water, the method being characterized in that at least one electricity generation unit is arranged on the watercraft, which converts heat from the extraction fluid into electricity.
  • at least one electricity generation unit is arranged on the watercraft, which converts heat from the extraction fluid into electricity.
  • a preferred variant of the method according to the invention is that mining is carried out in a geologically active zone in which there is an elevated temperature.
  • geologically active zones represent in particular fault lines or collision lines along the continental plates.
  • metals and/or minerals are separated from the mining fluid as mineral resources.
  • a separator unit can be used for this, which separates solids from liquids.
  • the mineral resources can be present in the liquid as solids and/or as dissolved substances.
  • the only figure shows schematically an arrangement 10 according to the invention with a watercraft 20, in particular a supply ship, which floats on a body of water 3.
  • a mining unit 30 shown schematically is lowered from the watercraft 20 to the bottom 5 of a body of water by means of a cable winch 22 via a cable or an umbilical 23 .
  • the excavation unit 30 is designed to excavate or suck off base material from the bottom 5 of the body of water.
  • the base material can contain mineral resources, in particular metals or minerals.
  • the mineral resources are crushed as necessary and pumped up from the mining unit 30 to the watercraft 20 via a first production line 32 as a flowable mining fluid 18 .
  • the pump can be driven directly electrically, but it is also possible to drive a hydraulic pump with an electric motor, which drives the pump via a hydraulic line and a hydraulic motor.
  • the components regarded as useful or recyclable materials can be separated from the degradation fluid 18 via a solid-liquid separator and passed on to a receptacle 26, such as a tank.
  • a receptacle 26 such as a tank.
  • Unusable carrier liquid with residual solid components can be returned via a return line 34 back into the body of water 3 and in particular into the region of the mining site at the mining unit 30 .
  • a power generation unit 40 is arranged on the watercraft 20, which is designed to convert heat from the degradation fluid 18 into electrical power.
  • the power generation unit 40 is in particular an ORC system, in which an organic vaporizing agent is vaporized by the increased temperature of the decomposition fluid 18 which is greater than an ambient temperature of the watercraft 20 .
  • the steam generated in this way can be used to operate a turbine, which drives a generator to generate electricity.
  • the evaporating agent can be returned to the circuit.
  • a further heat exchanger can be provided for cooling the evaporation agent.
  • Mining fluids 18 with such an elevated temperature which can be in the range between 50° C. and 90° C., can occur in particular in geologically active zones and in the area of volcanoes.
  • the electrical energy generated in this way can be used on the watercraft 20, for example to operate the cable winch 22 or pumps for conveying the mining fluid 18. This relieves the fuel-powered ship units, which has a positive effect on energy consumption and environmental pollution.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Abbau von Bodenschätzen von einem Gewässergrund, mit einem Wasserfahrzeug zum Fahren auf dem Gewässer und mindestens einer Abbaueinheit, welche zum Abbau von Bodenschätzen am Gewässergrund ausgebildet ist und über mindestens eine Förderleitung mit dem Wasserfahrzeug verbunden ist, wobei abgebaute Bodenschätze als ein Abbaufluid über eine erste Förderleitung zu dem Wasserfahrzeug förderbar sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an dem Wasserfahrzeug mindestens eine Stromerzeugungseinheit angeordnet ist, welche ausgebildet ist, Wärme des Abbaufluids in elektrischen Strom umzusetzen.

Description

ANORDUNG UND VERFAHREN ZUM ABBAU VON BODENSCHÄTZEN VON EINEM GEWÄSSERGRUND
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abbau von Bodenschätzen von einem Gewässergrund, mit einem Wasserfahrzeug zum Fahren auf dem Gewässer und mindestens einer Abbaueinheit, welche zum Abbau von Bodenschätzen am Gewässergrund ausgebildet ist und über mindestens eine Förderleitung mit dem Wasserfahrzeug verbunden ist, wobei abgebaute Bodenschätze als ein Abbaufluid über eine erste Förderleitung zu dem Wasserfahrzeug förderbar sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abbau von Bodenschätzen von einem Gewässergrund mit einem Wasserfahrzeug zum Fahren auf dem Gewässer und mindestens einer Abbaueinheit, welche zum Abbau von Bodenschätzen am Gewässergrund ausgebildet ist und über mindestens eine Förderleitung mit dem Wasserfahrzeug verbunden ist, wobei abgebaute Bodenschätze als ein Abbaufluid über eine erste Förderleitung zu dem Wasserfahrzeug gefördert werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Aus der EP 3 805 465 A1 ist eine Unterwasser-Abtragsvorrichtung zum Abbau von Rohstoffen an einem Gewässergrund bekannt. Diese umfasst eine Abtragseinheit, welche an einem Basisrahmen in einer horizontalen Richtung verschiebbar geführt ist, um verschiedene Abtragspositionen einzunehmen.
Weiter gehen aus der WO 2015/178854 A1 und der WO 2015/178853 A1 Unterwas- ser-Abbausysteme hervor. Bei diesen Systemen werden mehrere mobile Abbaueinheiten eingesetzt, von welchen abgebautes Bodenmaterial zu schwimmenden Behältern abgeführt wird, welche unter Wasser zwischen den Abbaueinheiten und einem Versorgungsschiff angeordnet sind. Der Abbau von Bodenschätzen an einem Gewässergrund ist energieaufwendig und mit Belastungen der Umwelt verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren anzugeben, mit welchen Bodenschätze an einem Gewässergrund in einer wirtschaftlichen und energieeffizienten Weise und somit besonders umweltschonend abgebaut werden können.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Wasserfahrzeug mindestens eine Stromerzeugungseinheit angeordnet ist, welche ausgebildet ist, Wärme des Abbaufluids in elektrischen Strom umzusetzen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bestimmte Bodenschätze verstärkt in geologisch aktiven Zonen vorkommen, etwa an geologisch aktiven Bruch- oder Stoßlinien der Kontinentalplatten oder im Bereich von Vulkanen. Eine weitere Erkenntnis der Erfindung liegt darin, dass in derartigen Zonen gewonnene Abbaufluide beim Abbau von Bodenschätzen aufgrund geothermischer Effekte eine Temperatur aufweisen können, welche erheblich oberhalb einer Umgebungstemperatur an einer Gewässeroberfläche liegen kann.
Ein Aspekt der Erfindung liegt darin, die Wärme eines solchen am Gewässergrund gewonnenen Abbaufluids mittels einer Stromerzeugungseinheit zu nutzen, welche Wärme des Abbaufluids in elektrischen Strom umsetzt. Hierdurch kann nach einer Erkenntnis der Erfindung eine erhebliche Menge an elektrischen Strom eingespart oder ersetzt werden, welche ansonsten auf dem Wasserfahrzeug erzeugt werden müsste. Da Versorgungsschiffe üblicherweise Schiffsaggregate aufweisen, die mit Schweröl oder Diesel betrieben werden, ist eine Energiegewinnung aus der Wärme des Abbaufluids nicht nur wirtschaftlich, sondern auch umweltschonend. Dies reduziert die CO2-Bilanz beim Abbau von Bodenschätzen in erheblichem Maße. Zudem erfolgt der Abbau von Bodenschätzen häufig in sensitiven Bereichen, so dass eine Reduktion von Abgasen von Verbrennungsmotoren vor Ort auch einen positiven Einfluss auf die unmittelbare Umgebung hat.
Bevorzugt ist es weiterhin, dass die Stromerzeugungseinheit einen thermalelektrischen Generator oder mindestens ein Peltier-Element aufweist, welche über Halbleiterkomponenten Temperaturdifferenzen unmittelbar in elektrischen Strom wandeln können.
Grundsätzlich kann eine Umsetzung der Wärme in elektrischen Strom über jede geeignete Stromerzeugungseinheit erfolgen. Besonders bevorzugt ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung, dass die Stromerzeugungseinheit als eine Kreislaufanlage mit einem Verdampfungsmedium ausgebildet ist. Insbesondere kann eine ORC-Anlage vorgesehen sein. Bei einem ORC-Prinzip (Organic Rankine Cycle) kann eine Gewinnung von elektrischem Strom auch aus Medien oder Fluiden erfolgen, bei welchen das Temperaturniveau nur relativ geringfügig über dem Temperaturniveau der Umgebung liegt. Eine ORC-Anlage funktioniert dabei dem Grunde nach wie ein herkömmliches Heizkraftwerk, wobei Wärme aus dem Abbaufluid über einen Wärmetauschprozess auf ein Verdampfungsmedium übertragen wird. Als Verdampfungsmedium wird jedoch nicht Wasser, sondern ein geeigneter organischer Stoff, etwa auf Basis von Kohlenwasserstoffen oder von Silikonöl, mit einem relativ niedrigen Siede- oder Verdampfungspunkt verwendet. Der so erzeugte Dampf wird über eine Turbine entspannt, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Der entspannte Dampf kann gegebenenfalls über einen Kondensator nach Abkühlung auf Umgebungstemperatur wieder im Kreislauf rückgeführt werden. Eine wirtschaftliche Ausbeute kann dabei schon bei Abbaufluiden mit Temperaturen ab ca. 50°C, insbesondere zwischen 60 und 90°C oder höher, erreicht werden.
Abhängig von der Konsistenz des Abbaufluids kann dieses der ORC-Anlage mit einem Wärmetauscher direkt zugeführt werden. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung, dass der Stromerzeugungseinheit ein Vorwärmetauscher vorgeschaltet ist, welcher Wärme des Abbaufluids auf ein Wärmetauschmedium überträgt, welches anschließend an die Stromerzeugungseinheit weiterleitbar ist. Insbesondere bei abrasiven Feststoffanteilen in dem Abbaufluid kann es sinnvoll sein, dieses abrasive Abbaufluid nicht unmittelbar der Stromerzeugungsein- heit, insbesondere einer empfindlichen ORC-Anlage zuzuführen, sondern die Wärme zunächst auf ein Wärmetauschmedium, etwa Wasser oder eine sonstige Flüssigkeit, zu übertragen und dieses Wärmetauschmedium dann der Stromerzeugungseinheit und insbesondere der ORC-Anlage zuzuleiten.
Alternativ kann die Stromerzeugungseinheit auch mit einem Clausius- RankineKreisprozess etwa auf Basis organischer Substanzen, wie Isopentan, oder mit einem Kalina-Kreisprozess betrieben werden. Bei einem Kalina-Kreisprozess wird ein flüssiges Medium auf Basis von Ammoniak und Wasser als ein Verdampfungsmedium mit gegenüber Wasser niedrigerem Verdampfungspunkt eingesetzt. Der durch Wärmeaufnahme erzeugte Dampf treibt eine Turbine zur Stromerzeugung an.
Für eine effiziente Gewinnung der Bodenschätze ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, dass auf dem Wasserfahrzeug mindestens eine Separatoreinheit angeordnet ist, mit welcher aus dem Abbaufluid Feststoffbestandteile und/oder eine Trägerflüssigkeit abtrennbar sind. Die Separatoreinheit kann dabei grundsätzlich jede geeignete Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung sein. Die Bodenschätze können sich dabei sowohl in den Feststoffbestandteilen als auch als gelöste Metalle oder Mineralien in der Trägerflüssigkeit befinden. Grundsätzlich können weitere Abtrenneinheiten auf dem Wasserfahrzeug vorgesehen sein, um die nutzbaren Stoffe zu einem möglichst hohen Maß aus dem Abbaufluid abzutrennen oder abzuscheiden.
Abhängig von der Art der Zusammensetzung des Abbaufluids kann es dabei vorteilhaft sein, dass die mindestens eine Separatoreinheit der Stromerzeugungseinheit vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet ist. Eine besonders gute Ausnutzung der Wärme des Abbaufluids kann dadurch erreicht werden, dass die Separatoreinheit lediglich der Stromerzeugungseinheit nachgeschaltet ist. In bestimmten Fällen kann es jedoch für eine gute Durchströmung des Wärmetauschers der Stromerzeugungseinheit und insbesondere bei Wegfall eines Vorwärmetauschers sinnvoll sein, dass eine Separatoreinheit der Stromerzeugungseinheit vorgeschaltet ist.
Besonders zweckmäßig ist es weiterhin, dass die mindestens eine Separatoreinheit eine Filtervorrichtung, einen Dekanter, eine Zentrifuge und/oder eine Siebvorrichtung umfasst. Durch diese Vorrichtung kann eine besonders gute Fest-Flüssig-Trennung erfolgen. Insbesondere bei einem Abbau von Bodenschätzen an einem Gewässergrund kann die Trägerflüssigkeit das Umgebungswasser sein. Nach Art des Gewässers kann dies Süßwasser oder Salzwasser sein.
Für eine besonders effiziente Energieausnutzung ist es insbesondere vorteilhaft, dass das Abbaufluid oder die Trägerflüssigkeit der Stromerzeugungseinheit zuführbar ist. Bei dieser Anordnung kann insbesondere auf einen zuvor beschriebenen Vorwärmetauscher verzichtet werden.
Die aus dem Abbaufluid abgetrennten oder gewonnenen Wert- oder Nutzstoffe können von der Separatoreinheit in geeignete Tanks oder Lagereinrichtungen weitergeführt werden. In bestimmten Fällen kann das Abbaufluid insgesamt verwertbar sein. Bei größeren Anteilen nicht verwertbarer Bestandteile ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, dass mindestens eine Rückförderleitung vorgesehen ist, mit welcher zumindest ein Teil des Abbaufluids von dem Wasserfahrzeug wieder zurück in das Gewässer leitbar ist. Die Rückförderleitung ist dabei vorzugsweise so gestaltet, dass diese die rückgeförderten Stoffe wieder in den Abbaubereich des Gewässergrundes, möglichst in die Nähe der Abbaustelle rückleitet.
In einer besonders einfachen Ausführung kann es nach einer Erfindungsvariante vorgesehen sein, dass die Abbaueinheit zum Absaugen von fließfähigen, insbesondere schlammförmigen Bodenschätzen ausgebildet ist. Die Bodenschätze können dabei in schlammartigen Schichten am Gewässergrund abgelagert sein.
Für einen Einsatz bei einem festen Gewässergrund ist es nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorteilhaft, dass die Abbaueinheit mindestens ein Abtragswerkzeug aufweist, mit welchem festes Grundmaterial des Gewässergrundes abtragbar und zerkleinerbar ist, wobei das abgetragene Grundmaterial mit einer Trägerflüssigkeit vermischt und als Abbaufluid abgefördert wird. Das Abtragswerkzeug kann dabei insbesondere ein Bohrer, ein Fräsrad oder eine umlaufende Fräskette sein. Insbesondere können auch mehrere angetriebene Abtragswerkzeuge eingesetzt werden, welche insbesondere mit Abtragszähnen versehen sind. Grundsätzlich kann die Abbaueinheit über eine geeignete Hubeinrichtung, insbesondere mindestens eine Seilwinde, von dem Wasserfahrzeug auf den Gewässergrund abgesenkt werden. An der Stelle, an welcher die Abbaueinheit abgesenkt ist, kann diese dann Material vom Gewässergrund abbauen. Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass die Abbaueinheit mit mindestens einem eigenen Antrieb zum Bewegen entlang des Gewässergrundes ausgebildet ist. Die Baueinheit kann dabei mit einem Raupenfahrwerk und/oder einem Vortriebspropeller und/oder Vortriebsdüsen zum Bewegen in dem Gewässer entlang des Gewässergrundes ausgebildet sein. Hierdurch ist eine zielgerichtete Bewegung der Abbaueinheit möglich. Es kann ein sog. Umbilical vorgesehen sein, durch welches die Abbaueinheit zur Steuerung, insbesondere mit einem Bedienstand, und zur Energieversorgung mit dem Wasserfahrzeug verbunden ist. Eine Förder- und/oder eine Rückführleitung können ebenfalls in das Umbilical integriert sein, sie könne aber auch als separate Leitungen ausgeführt sein.
Zum effizienten Abfördern der gewonnenen Bodenschätze ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung bevorzugt, dass mindestens eine Förderpumpe an der Abbaueinheit und/oder dem Wasserfahrzeug angeordnet ist. Ein Fördern des strömungsfähigen Abbaufluids mittels einer oder mehrerer Förderpumpen ermöglicht einen wirtschaftlichen Materialtransport.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abbau von Bodenschätzen von einem Gewässergrund, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass an dem Wasserfahrzeug mindestens eine Stromerzeugungseinheit angeordnet ist, welche Wärme des Abbaufluids in elektrischen Strom umsetzt. Zur Durchführung des Verfahrens kann insbesondere eine zuvor beschriebene Anordnung eingesetzt werden. Dabei können die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden.
Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass ein Abbau in einer geologisch aktiven Zone durchgeführt wird, in welcher eine erhöhte Temperatur gegeben ist. Derartige geologisch aktive Zonen stellen insbesondere Bruch- oder Stoßlinien entlang der Kontinentalplatten dar. Beispielsweise bestehen am Grund des Roten Meers entlang von Gräben an den Stoßlinien zwischen der afrikanischen Kontinentalplatte der eurasischen Kontinentalplatte geothermisch erwärm- te Lagerstätten an Bodenschätzen mit einer Temperatur zwischen 50°C bis 90°C, insbesondere im Bereich von 68-70°C. Derartige Lagerstätten an einem Gewässergrund können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Gewinnung einer nutzbringenden Menge an elektrischer Energie abgebaut werden.
Besonders vorteilhaft ist es nach einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass als Bodenschätze Metalle und/oder Mineralien aus dem Abbaufluid abgetrennt werden. Hierfür kann eine Separatoreinheit eingesetzt werden, welche Feststoffe von Flüssigkeiten trennt. Die Bodenschätze können dabei als Feststoffe und/oder als gelöste Stoffe in der Flüssigkeit vorhanden sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches schematisch in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung 10 mit einem Wasserfahrzeug 20, insbesondere einem Versorgungsschiff, welches auf einem Gewässer 3 schwimmt. Von dem Wasserfahrzeug 20 ist mittels einer Seilwinde 22 über ein Seil oder ein Umbilical 23 eine schematisch dargestellte Abbaueinheit 30 auf einem Gewässergrund 5 abgelassen. Die Abbaueinheit 30 ist zum Abbauen oder Absaugen von Grundmaterial des Gewässergrundes 5 ausgebildet. Das Grundmaterial kann Bodenschätze aufweisen, insbesondere Metalle oder Mineralien. Die Bodenschätze werden, soweit nötig, zerkleinert und über eine erste Förderleitung 32 als ein strömungsfähiges Abbaufluid 18 von der Abbaueinheit 30 nach oben zu dem Wasserfahrzeug 20 gepumpt. Die Pumpe kann direkt elektrisch angetrieben werden, es ist aber auch möglich, durch einen Elektromotor eine Hydraulikpumpe anzutreiben, welche über eine Hydraulikleitung und einen Hydraulikmotor die Pumpe antreibt.
In einer grundsätzlich bekannten Weise können aus dem Abbaufluid 18 die als Nutzoder Wertstoffe angesehenen Bestandteile über eine Fest-Flüssig-Trennvorrichtung abgetrennt und zu einer Aufnahme 26, etwa einem Tank, weitergeleitet werden. Die Trenn- oder Separatoreinheit zur Fest-Flüssigtrennung ist dabei nicht näher dargestellt. Nicht nutzbare Trägerflüssigkeit mit Restfeststoffbestandteilen kann über eine Rückförderleitung 34 wieder zurück in das Gewässer 3 und insbesondere in den Bereich der Abbaustelle an der Abbaueinheit 30 rückgeleitet werden. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung 10 ist auf dem Wasserfahrzeug 20 eine Stromerzeugungseinheit 40 angeordnet, welche ausgebildet ist, Wärme des Abbaufluids 18 in elektrischen Strom umzusetzen. Die Stromerzeugungseinheit 40 ist insbesondere eine ORC-Anlage, bei welcher ein organisches Verdampfungsmittel durch die erhöhte Temperatur des Abbaufluids 18, welche größer als eine Umgebungstemperatur des Wasserfahrzeuges 20 ist, verdampft wird. Der so erzeugte Dampf kann zum Betreiben einer Turbine genutzt werden, welche einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Das Verdampfungsmittel kann nach Entspannung und Kondensation mit Abkühlung auf die Umgebungstemperatur wieder im Kreislauf zurückgeführt werden. Zum Abkühlen des Verdampfungsmittels kann ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen sein.
Abbaufluide 18 mit einer solchen erhöhten Temperatur, welche im Bereich zwischen 50°C bis 90°C liegen kann, können insbesondere an geologisch aktiven Zonen sowie im Bereich von Vulkanen auftreten.
Die so erzeugte elektrische Energie kann auf dem Wasserfahrzeug 20 genutzt werden, etwa zum Betrieb der Seilwinde 22 oder von Pumpen zum Fördern des Abbaufluides 18. Hierdurch werden die mit Treibstoff betriebenen Schiffsaggregate entlastet, was sich positiv auf den Energieverbrauch und die Umweltbelastung auswirkt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Anordnung zum Abbau von Bodenschätzen von einem Gewässergrund (5), mit einem Wasserfahrzeug (20) zum Fahren auf dem Gewässer (3) und mindestens einer Abbaueinheit (30), welche zum Abbau von Bodenschätzen am Gewässergrund (5) ausgebildet ist und über mindestens eine Förderleitung (32, 34) mit dem Wasserfahrzeug (20) verbunden ist, wobei abgebaute Bodenschätze als ein Abbaufluid (18) über eine erste Förderleitung (32) zu dem Wasserfahrzeug (20) förderbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Wasserfahrzeug (20) mindestens eine Stromerzeugungseinheit (40) angeordnet ist, welche ausgebildet ist, Wärme des Abbaufluids (18) in elektrischen Strom umzusetzen.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerzeugungseinheit (40) als eine Kreislauf-Anlage mit einem Verdampfungsmedium ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerzeugungseinheit (40) als einen thermoelektrischen Generator oder mindestens ein Peltier-Element aufweist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromerzeugungseinheit (40) ein Vorwärmetauscher vorgeschaltet ist, welcher Wärme des Abbaufluids (18) auf ein Wärmetauschmedium überträgt, welches anschließend an die Stromerzeugungseinheit (40) weiterleitbar ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Wasserfahrzeug (20) mindestens eine Separatoreinheit angeordnet ist, mit welcher aus dem Abbaufluid (18) Feststoffbestandteile und/oder eine Trägerflüssigkeit abtrennbar sind. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Separatoreinheit der Stromerzeugungseinheit (40) vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet ist. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Separatoreinheit eine Filtervorrichtung, einen Dekanter, eine Zentrifuge und/oder eine Siebvorrichtung umfasst. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbaufluid (18) oder die Trägerflüssigkeit der Stromerzeugungseinheit (40) zuführbar ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Rückförderleitung (34) vorgesehen ist, mit welcher zumindest ein Teil des Abbaufluids (18) von dem Wasserfahrzeug (20) wieder zurück in das Gewässer (3) leitbar ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbaueinheit (30) zum Absaugen von fließfähigen, insbesondere schlammförmigen Bodenschätzen ausgebildet ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbaueinheit (30) mindestens ein Abtragswerkzeug aufweist, mit welchem festes Grundmaterial des Gewässergrundes (5) abtragbar und zerkleiner- bar ist, wobei das abgetragene Grundmaterial mit einer Trägerflüssigkeit vermischt und als Abbaufluid (18) abgefördert wird. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abbaueinheit (30) mit mindestens einem eigenen Antrieb zum Bewegen entlang des Gewässergrundes (5) ausgebildet ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Förderpumpe an der Abbaueinheit (40) und/oder dem Wasserfahrzeug (20) angeordnet ist. Verfahren zum Abbau von Bodenschätzen von einem Gewässergrund mit einer Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einem Wasserfahrzeug (20) zum Fahren auf dem Gewässer (3) und mindestens einer Abbaueinheit (30), welche zum Abbau von Bodenschätzen am Gewässergrund (5) ausgebildet ist und über mindestens eine För- derleitung (32, 34) mit dem Wasserfahrzeug (20) verbunden ist, wobei abgebaute Bodenschätze als ein Abbaufluid (18) über eine erste Förderleitung (32) zu dem Wasserfahrzeug (20) gefördert werden, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Wasserfahrzeug (20) mindestens eine Stromerzeugungseinheit (40) angeordnet ist, welche Wärme des Abbaufluids (18) in elektrischen Strom umsetzt. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abbau in einer geologisch aktiven Zone durchgeführt wird, in welcher eine erhöhte Temperatur gegeben ist. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Bodenschätze Metalle und/oder Mineralien aus dem Abbaufluid (18) abgetrennt werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7083734B2 (en) * 2001-07-27 2006-08-01 Antti Happonen Method and apparatus for cleaning a water area
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WO2015178854A1 (en) 2014-05-19 2015-11-26 Nautilus Minerals Singapore Pte Ltd Decoupled seafloor mining system
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7083734B2 (en) * 2001-07-27 2006-08-01 Antti Happonen Method and apparatus for cleaning a water area
WO2015178853A1 (en) 2014-05-19 2015-11-26 Nautilus Minerals Singapore Pte Ltd Seafloor haulage system
WO2015178854A1 (en) 2014-05-19 2015-11-26 Nautilus Minerals Singapore Pte Ltd Decoupled seafloor mining system
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