На дне Тихого океана залегает около 30 миллиардов тонн кобальта, что в 3000 раз превышает его запасы на суше. В июне 2024 года инженерный прототип глубоководного тяжелого горнодобывающего аппарата "Пионер-2", самостоятельно разработанный Шанхайским университетом Цзяо Тун, опустился на глубину 4102,8 метра в западной части Тихого океана и успешно извлек глубоководные полиметаллические корки и конкреции, установив 6 рекордов в области глубоководной добычи полезных ископаемых Китая.
"Голубая битва" за глубоководную добычу
Дно океана богато минеральными ресурсами, такими как полиметаллические конкреции, кобальтоносные корки и полиметаллические сульфиды, содержащие важнейшие материалы, включая медь, кобальт, никель и марганец, которые имеют высокую прикладную ценность. По оценкам Международного энергетического агентства, к 2030 году мировой спрос на кобальт будет в 10 раз, а возможно, и в 25 раз выше нынешнего уровня. Европейский Союз, Япония, Канада и другие страны уже активно разрабатывают ключевые технологии и оборудование для глубоководной добычи полезных ископаемых.
Китай обладает исключительными правами на разведку и приоритетными правами на добычу на пяти международных участках морского дна, общая площадь которых эквивалентна трем Бохайским заливам. Однако права на разведку также имеют "срок годности", поэтому крайне важно как можно скорее освоить технологии разработки и сформировать возможности для добычи. Инновационная разработка оборудования для освоения глубоководных минеральных ресурсов имеет большое практическое значение для развития морских высоких технологий, формирования будущей индустрии глубоководной разведки и добычи, а также развития новых производительных сил.
Шесть "первых в мире" технологий создали глубоководного "горнодобывающего монстра"
"Пионер-2" имеет длину 6 метров, ширину 3 метра, высоту 2,5 метра и вес 14 тонн, его расчетная рабочая глубина составляет 6000 метров. В ходе морских испытаний с 22 по 26 июня "Пионер-2" успешно совершил 5 погружений в районе залегания глубоководных полиметаллических корок и конкреций, достигнув максимальной глубины 4102,8 метра. В итоге команда успешно доставила на поверхность более 200 килограммов различных образцов глубоководных полезных ископаемых, включая полиметаллические корки, полиметаллические конкреции и коренные породы морского дна.
Главный научный сотрудник морских испытаний, профессор Школы морского флота, океанотехники и гражданского строительства Шанхайского университета Цзяо Тун Ян Цзяньминь пояснил, что долгое время в международной глубоководной добыче существовали три основные технические проблемы: во-первых, чрезвычайно сложный рельеф дна в районах добычи, затрудняющий безопасное передвижение оборудования; во-вторых, сложные и разнообразные формы залегания и физические свойства глубоководных полезных ископаемых, затрудняющие эффективную добычу и сбор; в-третьих, сложность безопасного спуска и подъема тяжелого глубоководного оборудования в условиях морского волнения. "Пионер-2" с помощью шести "первых в мире" технологий поочередно решил эти мировые проблемы.
Первая в мире технология: технология высокоманевренного передвижения по сложному рельефу глубоководного дна. Четыре независимые гусеницы "Пионера-2" могут в реальном времени самостоятельно регулировать направление и положение в зависимости от фактического рельефа дна. Будь то крутой подводный хребет с уклоном более 30 градусов или подводная "отмель", образованная высоковязкими рыхлыми отложениями, аппарат может успешно передвигаться, подниматься по склону и разворачиваться на месте. Горнодобывающий аппарат может автономно воспринимать горную среду без ручного управления, а точность позиционирования достигает сантиметрового уровня.
Вторая в мире технология: технология комбинированного бурения для нескольких типов глубоководных руд. Полиметаллические корки плотно прикреплены к коренным породам на склонах, в то время как полиметаллические конкреции наполовину погружены в рыхлые донные отложения. "Пионер-2" может как быстро отделять корки от коренных пород и эффективно всасывать их в коллектор, так и извлекать наполовину погруженные конкреции. Один комплект оборудования одновременно адаптирован для сбора двух разных типов руды, что значительно повышает эффективность глубоководной добычи и уровень использования оборудования.
Третья в мире технология: технология интеллектуального точного управления тяжелыми работами на большой глубине. Горнодобывающий аппарат обладает способностью к интеллектуальному планированию траектории работ, отслеживанию и обходу препятствий, обеспечивая сантиметровую точность позиционирования даже в полной темноте на большой глубине. Сложные операции глубоководной добычи больше напоминают автоматизированный, запрограммированный "подводный балет".
Четвертая в мире технология: технология спуска и подъема тяжелых грузов на большой глубине с использованием неметаллического троса. "Пионер-2" впервые применил оптоволоконный композитный кабель-трос из неметаллического арамидного материала, преодолев ограничения традиционного спуска на стальном тросе. На большой глубине собственный вес стального троса значительно превышает вес самого оборудования, что делает невозможным его спуск на глубину 5-6 тысяч метров. Неметаллический трос значительно уменьшил собственный вес оборудования, обеспечив безопасный спуск и подъем тяжелого аппарата на глубине 4100 метров.
Пятая в мире технология: технология мониторинга и оценки воздействия на глубоководную среду. Горнодобывающий аппарат оснащен системой экологического мониторинга, которая проводит всесторонний мониторинг и оценку таких факторов воздействия на окружающую среду, как образование и распространение придонных шлейфов взвеси и шум от подводных работ. Стремясь к освоению ресурсов, одновременно уделяется внимание защите глубоководной экологии.
Шестая в мире технология: впервые достигнута глубина спуска и проведения работ тяжелого глубоководного горнодобывающего аппарата, превышающая отметку 4000 метров. Это первое в Китае испытание по опытной добыче глубоководных минеральных ресурсов, проведенное тяжелым горнодобывающим аппаратом на глубине более 4000 метров.
Путь к коммерциализации: от 4000 до 6000 метров
Обеспечение стратегическими ресурсами. Полученные в ходе морских испытаний образцы корок и конкреций содержат от 10% до 20% железа и марганца, а также богаты ключевыми металлами, такими как титан, никель, церий и медь. Ожидается, что в ближайшие 10-15 лет в освоении глубоководных минеральных ресурсов будет достигнут прорыв, что позволит перейти к их коммерческой разработке и использованию.
Ключевой шаг к коммерческой добыче. Ян Цзяньминь отметил, что преодоление отметки в 4000 метров в ходе морских испытаний означает, что в основном достигнута глубина, необходимая для глубоководной добычи полезных ископаемых — глубоководные минеральные ресурсы обычно залегают на глубине от 2000 до 6000 метров, при этом полиметаллические корки и сульфиды в основном распространены на глубине до 4000 метров. "Пионер-2" уже обладает базовыми возможностями для инженерной и коммерческой добычи.
Продолжение наступления на более глубокие синие воды. Академики Китайской инженерной академии Линь Чжунцинь и Ли Цзябяо, а также директор Государственной ключевой лаборатории технологий освоения и использования глубоководных минеральных ресурсов Ли Маолинь и другие эксперты оценили, что успешные морские испытания "Пионера-2" знаменуют собой, что Китай будет иметь более мощную технологическую поддержку и оборудование для глубоководных научных исследований, освоения ресурсов и охраны окружающей среды. Ян Цзяньминь сообщил, что команда продолжит углубленные научно-технические исследования, постоянно разрабатывая новое поколение глубоководного тяжелого оборудования серии "Пионер", стремясь к большим глубинам, более высокой работоспособности и более высокому уровню интеллекта.
Начав практически с нуля в 2013 году, проведя испытания "Пионера-1" на глубине 1305 метров в 2021 году и достигнув глубины 4102,8 метра с "Пионером-2" в 2024 году — команда Шанхайского университета Цзяо Тун за более чем десять лет самостоятельных исследований вывела Китай в число мировых лидеров в области глубоководных технологий.