Freiberger Forscher nehmen die Künstliche Intelligenz mit ins Bergwerk

Stephan Schön

Freiberg. Dieses Labor ist einzigartig. Es geht um Künstliche Intelligenz. Nein, dieses Labor ist kein Reinraum für Supercomputer. Dieses Labor ist nicht mal annähernd rein. Schlamm und Wasser schlickern auf dem Fußboden. Die kühle Luft ist feucht, es tropft von der Decke. Und das bei einer Deckenhöhe, die dem aufrechten Gang nicht unbedingt angemessen ist.

„Vorsicht, Hände weg vom Gitter“, sagt’s und schon geht der Förderkorb rasant abwärts. Max Friedemann ist verantwortlich für einen Laborbesuch der anderen Art. Die SZ begleitet ein Team von Wissenschaftlern der TU Bergakademie Freiberg in ihre wichtigste Forschungsstätte auf Sohle 1 im Forschungs- und Lehrbergwerk „Reiche Zeche“. 147 Meter tief unter der Oberfläche ist Stopp für den Förderkorb im Schacht. Weiter mit der Grubenbahn, ein Stück zumindest. Das eigentliche Labor der Forscher ist einen guten Kilometer tief im Berg.

Bakterien und Schlamm sind das neue Silber von Freiberg

Das letzte Stück geht es dann nur zu Fuß. Wasser und Lehm vermischen sich auf dem Boden zu einer glibbrigen Masse. Ein Stück weiter fließt das Wasser auf der Sohle entlang als sei es ein Bachbett. Dann wieder sammelt sich eine rostig-rotbraune, schlammige Lache in Senken. Sieht gefährlich aus, ist aber wertvoll. Warum, das erklären die Forscher dann in ihrem Labor. Vorerst sind Gummistiefel die wasserdichte Rettung, und der Helm auf dem Kopf tut seinen Job auch. Spätestens beim harten Deckenkontakt, und davon gibt es regelmäßig welche, ist man für den Kopfschutz nach oben dankbar. Und es ist eng. Zumindest an manchen Stellen so sehr, dass Mensch und Rucksack nicht zusammen hindurchpassen. Vorbei an Geräten und einer abgestellten Grubenbahn.

Wir befinden uns auf Sohle 1 im Freiberger Forschungsbergwerk „Reiche Zeche“. Elf Grad herrschen hier konstant. Die waren es damals schon, 1841. Da wurde jener Schacht abgeteuft, durch den der Förderkorb heute noch Forscher und Bergleute nach unten bringt. Nur haben die nicht mehr Hammer und Schlegel dabei, sondern Bohrer und Laptop. Und nun nehmen sie auch noch die Künstliche Intelligenz mit in den Berg. In so rauer Umgebung hat die sich in Sachsen noch nirgends wiedergefunden.

Erfahrene Bohrhauer spüren das Gestein. Sie merken, wenn sie im Erzgang sind oder auf taubes Gestein treffen. – Max Friedemann, Wissenschaftler der TU Bergakademie Freiberg

Doch es funktioniert, berichtet Helmut Mischo. Er muss es schließlich wissen, ist er doch der wissenschaftliche Chef des Bergwerks. Und es ist sein KI-Labor, das dort entsteht. Als Professor für Rohstoffabbau und Spezialverfahren unter Tage ist er mit seinem Team an einem europaweiten Großprojekt beteiligt: Mine.io ist dies. Es geht um das automatisierte, intelligente Bergwerk 4.0 mit Technik, die selbständig beobachtet und entscheidet. Der Bergmann ist dann im Büro, über Tage. Soweit die Vision.

Die digitale Revolution im Berg

Was über Tage gerade so gelingt, tief im Berg ist das noch weit weg, sagt Helmut Mischo. Ein Bergwerk 4.0 setzt digitale Techniken voraus. Die muss erst mal unter den harten Bedingungen im Berg überleben. Für die Server geschieht das mit klimatisierten Kammern. Aber, so Mischo weiter, die Herausforderung ist die Kommunikation zwischen den Geräten und zwischen Technik und Mensch. Was draußen ein Funkmast über viele Kilometer schafft, was in der Werkhalle vier Sender möglich machen, funktioniert halt im Stollen nicht, erklärt Mischo. „Die Signale kriechen ja nicht um die Ecke herum.“ Und Ecken gibt es im Berg mehr als genug. Letztlich bewegt sich das Fördergerät auch noch weiter, täglich, stündlich, eigentlich ständig. „Was bedeutet, das Datennetz muss mitreisen. Es muss also ständig erweitert werden, und auch das freilich automatisch.“ Und GPS wie oben auf der Erde gibt’s hier unten auch nicht.

Die Forschung an den Zukunftsmaschinen im Berg fängt mit der digitalen Technik an. An der Bergakademie wird daran gearbeitet. Auf dem Weg zum Labor geht es auch da vorbei. An Servern, die mit ihren wild blinkenden Schnittstellen im Klimakasten von Aktivität zeugen. Entlang an neuen Lichtleisten, die schattenfreies Licht im Stollen erzeugen. Auch das digitale Netzwerk gibt es, mit einem WLAN-Kabel.

WLAN-Kabel? Was oben an der Oberfläche ein Flachwitz wäre, das gibt es hier unten wirklich. Ein „Kabel“ fürs WLAN, das sich faktisch den Gang entlang windet und wie eine superlange Antenne funktioniert. Es sendet die Daten in alle Ecken vom Schacht.

Die KI im Bergbau braucht viel Gefühl

Max Friedemann ist Forscher im Team des Professors. Sein Forschungsgerät ist ein Bohrer. Einer, wie er auch sonst in den Bergwerken der Welt eingesetzt wird für Erkundungsbohrungen mit Bohrkernen. Doch ein bisschen anders ist der hier schon. „Wir zeigen hier der Industrie, wie man die bestehende Technik digital erweitern kann. Eigentlich ginge das sofort“, sagt Friedemann. Seit Jahresbeginn läuft die neue Technik hier im Berg. Zwei Jahre lang wurde davor an Rechentechnik, Elektronik und Sensorik gebaut. Ergänzt ist der Bohrer nun mit einer KI. Die lernt jeden Tag dazu, mit jedem Zentimeter Bohren. Erfahrungen, die sonst Bergleute mitbringen müssen, um erfolgreich zu sein. „Erfahrene Bohrhauer spüren das Gestein. Sie merken, wenn sie im Erzgang sind oder auf taubes Gestein treffen. Sie spüren die Geschwindigkeit, mit der sich der Bohrer vorarbeitet. Nur, erfahrene Bohrhauer gibt es immer seltener“, sagt Friedemann. Und jede Region der Welt ist anders, ja jedes Bergwerk schon.

Für Max Friedemann und sein Team ist die KI mit ihren Sensoren der neue erfahrene Bohrhauer. Druck, Geschwindigkeit, Vibrationsmuster, Rotation vom Bohrkopf, Temperatur, Wasserdurchfluss – dies alles lässt ein Bild vom Gestein und Erz entstehen. Die KI soll erkennen, wo der Bohrer ist und was er gerade tut. Sie berechnet aus den Daten die Dichte und erkennt das Gestein auch ohne Kamera. Der Bergmann im Büro kann dann entscheiden, wie es unten im Berg weitergeht, so die Idee. Letztlich erkennt die KI künftig auch, wie abgenutzt die Diamantzähne am Bohrkopf sind und wann der optimale Zeitpunkt für den Austausch wäre. Das bringt Effizienz in den Berg.

Hier auf Sohle 1 ist ein perfekter Platz für die Erprobung, sagt Max Friedemann. Es gibt eine Kopfstrecke und eine Fußstrecke. Das sind Gänge etwa zehn Meter voneinander in die Tiefe entfernt. Treppen und Leitern führen dort hinab. Zwischen Fuß und Kopf befindet sich der Erzgang. Mal einen Meter mächtig, dann wieder nur wenige Zentimeter. Der Bohrer, der von der Kopfstrecke sich nach unten arbeitet, soll es erkennen.

Die Bakterien machen ihren Job

Der Bohrer schafft nicht irgendwelche Löcher im Erz, er liefert die Grundlage für eine neue Art von Bergbau, die hier in Freiberg entwickelt wird. Das Areal hier im Stollen bezeichnen die Forscher als das Biohydrometallurgisches Zentrum. Und genau hier sind diese rostig, rotbraunen Wasserlachen wieder zuhauf. Wasser tropft von den Decken herab, rinnt an den Wänden herunter und sammelt sich am Boden. Es bildet sich Schlick und Schlamm. Doch dieser Schlamm ist wertvoll. Dieser Schlamm ist das neue Silber von Freiberg. Voll mit ausgewaschenen Mineralen.

Bakterien im Gestein wandeln das Erz chemisch um, lösen dort Minerale heraus und das Wasser trägt so die wertvollen Stoffe aus dem Fels. Es sind natürlich vorkommende Bakterien im Gestein, die nun vermehrt und kultiviert werden für ihren neuen Job. „Diese Bakterien sollen künftig die Erze abbauen“, berichtet Max Friedemann. Biohydrologischer Bergbau nennt sich das. Dabei wird in den einen Bohrlöchern das Wasser mit dieser Bakterienkultur in das Erz gepumpt, aus den anderen Bohrlöchern wird dann das Wasser mit den gelösten Mineralen wieder herausgepumpt und nach oben gebracht. Die Bakterien kommen zurück in den Berg, die Erze sind oben. Und das alles geschieht ohne Halde und Abraum.

„So wird Bergbau nachhaltig“, sagt Professor Helmut Mischo. Auch das sei Teil vom europäischen Großprojekt Mine.io. 14 Millionen Euro für dreieinhalb Jahre stehen dafür zur Verfügung. 25 Partner sind dabei. Das Freiberger Forschungsbergwerk ist eines der zentralen Erprobungslabors unter realen Bedingungen.

Reale Bedingungen, das heißt, irgendwann ist dann auch mal Schicht im Schacht. Wenn die Bergleute ausfahren, müssen auch die Forscher aus ihren entfernten Labors raus. Doch Fotostrecken und Erklärungen verzögern diesmal alles. 14 Uhr war angesetzt, es wird später. Nicht ganz so freundlich wird der Empfang daher dann über Tage. „Okay. Das macht dann wohl wieder mal eine Bockwurst-Runde“, sagt Max Friedemann nur.

Hier im Berg gelten halt andere Gesetze als an der Uni in der Akademiestraße. Hier gilt Bergrecht. Hier hat das Oberbergamt die Aufsicht und die Steiger haben das Sagen. Daran ändert künftig auch die KI nichts.

SZ