Rohstoffe 16. Dez 2020 Von Stefan Asche

Drohnen suchen Seltene Erden

Sächsische Forscher nutzen Hyperspektraldaten, um Lagerstätten ausfindig zu machen.


Foto: HZDR/ René Booysen

Seltene Erden sind wichtige Rohstoffe für die Energiewende, die Elektromobilität und Zukunftstechnologien. Der Einsatz von Drohnen bietet eine einzigartige Möglichkeit, Seltene Erden auch in ökologisch sensiblen und schwer zugänglichen Gebieten schnell zu erkunden. Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) haben nun zum ersten Mal Seltene Erden in ariden und subarktischen Umgebungen mithilfe von drohnenbasierten Hyperspektraldaten direkt identifiziert und kartiert. Bisherige Suchverfahren beruhen auf umfangreichen geologischen Feldforschungen, einschließlich vieler lokaler Probennahmen, bei denen die Analyseergebnisse in der Regel lange auf sich warten lassen.

Wie findet man Lagerstätten?

Die Forscher nutzen die reflektierende Spektroskopie (HSI hyperspectral imaging – labor- oder bodengestützte hyperspektrale Bildgebung), um das chemische Element Neodym zu identifizieren. Neodym kann als Schlüsselelement für Seltene Erden verwendet werden, da es charakteristische Absorptionsmerkmale im Bereich des sichtbaren bis nahen Infrarotlichts des elektromagnetischen Spektrums aufweist.

Zwei Arten von Drohnen

„Wir verwenden zwei Arten von Drohnen: einen Starrflügler zur schnellen Erfassung photogrammetrischer Daten als Grundlage für digitale Oberflächenmodelle und einen Multikopter für die HSI-Erfassung“, erklärt René Booysen, Wissenschaftlerin am HIF. „Mit einem Starrflügler erfassen wir Nadir-Stereobilder. Dabei werden die Bilder mit einer tragbaren Schnappschusskamera in Lotrichtung unter dem Zenit aufgenommen. Diese Kamera bezeichnen wir auch als RGB-Kamera, da sie drei Bänder im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums für die sogenannte Structure-from-Motion Multi-Vision-Stereo Photogrammetrie erfasst. Mit dieser Methode können wir dreidimensionale Informationen durch die Überlappung zeitversetzter Bilder gewinnen. Auf diese Weise erhalten wir hyperskalige Landschaftsmodelle, die von einer Reihe von Digitalkameras und optional von einem Netzwerk aus Bodenkontrollpunkten aufgenommen wurden.“

10 000 m2 Testfläche

Um ihre Fernsensortechniken zu testen, wählten die Forscher zwei repräsentative Gebiete aus, die die Vielfalt der Umgebungen abbilden, in denen Seltene Erden zu finden sind. Einerseits den Alkali-Karbonatitkomplex „Marinkas Quellen“ im Süden Namibias. Der größte Teil des Komplexes ist nicht mit dem Auto zugänglich und erfordert lange Fußmärsche, um die Zielgebiete zu erreichen. Karbonatit ist ein einzigartiger magmatischer Gesteinstyp, der mehr als 50 % Karbonatmineralien enthält. Weiterhin besteht er aus Silikaten, Phosphatmineralien und Oxiden.

Die Technologien wurden außerdem beim Karbonatitkomplex von Siilinjärvi in der Nähe des Polarkreises in Mittelfinnland getestet. Dieser ist einer der weltweit ältesten bekannten Karbonatite. In beiden Regionen wählten die Forscher Untersuchungsgebiete von circa 10 000 m2 aus.

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