Sulfatgesteine
Durch geologische Prozesse gebildete ökonomisch verwertbare Sulfatgesteine wie Gipssteine, Anhydritsteine und deren Mischgesteine werden als Gipsrohstoffe zusammengefasst.
Unsere natürlichen Gipsrohstoffe sind in der erdgeschichtlichen Vergangenheit überwiegend als Abscheidungen aus eindampfendem Meerwasser entstanden.
Nur wo diese Ablagerungen heute oberflächennah vorkommen, sind sie in Hessen als Rohstoffe gewinnbar.
Das gesteinsbildende Mineral Gips ist ein natürlich vorkommendes Kalziumsulfat-Dihydrat (CaSO4 x 2H2O). Das im Mineral gebundene Wasser lässt sich durch Erhitzen („Brennen“, in der Fachsprache „Kalzinieren“ genannt) teilweise oder ganz austreiben. Das entstandene pulverförmige Halbhydrat (CaSO4 x ½H2O) ist das eigentliche Bindemittel (Gipsbinder) für die verschiedenen Baugipsprodukte. Bei Kontakt mit Wasser bildet sich aus dem gebrannten Material erneut Gips in Form fest miteinander verzahnter Kriställchen.
Dieser an sich einfache Prozess, dessen Ausgangs- wie Endprodukte ungiftig sind, wurde bereits vor 9000 Jahren in Kleinasien entdeckt und genutzt.
Das ebenfalls gesteinsbildende Mineral Anhydrit ist die kristallwasserfreie Form des Gipses, also Kalziumsulfates ohne Wasser (griechisch: „anhydros“ = wasserfrei). Anhydrit wird in der Zementindustrie als Abbindeverzögerer und im Untertage-Bergbau für Abstütz- und Abdichtungsmaßnahmen eingesetzt.
Der Grund- und Baustoff Gips ist uns in vielen Lebensbereichen allgegenwärtig. Produkte auf Gipsbasis werden vor allem von der Bauwirtschaft tagtäglich in erheblichen Mengen benötigt. Über 90% aller Innenflächen in Gebäuden werden mit oder unter Verwendung von Gips, sei es als Naturgips oder als REA-Gips (REA = Rauchgas-Entschwefelungsanlage; industriell hergestellter Sekundärrohstoff) gestaltet.
Rasterelektronenaufnahme von REA-Gips Kristallen (KNAUF)
Die Gipslagerstätten entstanden am Rande der Kontinente in einem ariden (wüstenhaften Klima) in flachen, teilweise abgeschnürten Meeresteilen durch Verdunstung von Meerwasser. Zunehmende Salzkonzentration des Meerwassers (ab 3,6-fach) und dadurch bedingte Übersättigung an CaSO4 führte zur Abscheidung von Gips und Anreicherung auf dem Meeresboden. Im Laufe der weiteren Erdgeschichte wurden die Gipsablagerungen mit anderen Schichten überdeckt, in größere Tiefe abgesenkt und so zu einem Gestein verfestigt.
Bei weiter zunehmender Versenkung wurde Gips unter Wasserabgabe weitgehend in Anhydrit umgewandelt, der bei erhöhten Drucken und Temperaturen stabil ist. Dieser Prozess ist reversibel. Wenn der Anhydritstein in geologischen Zeiträumen durch Aufwärtsbewegungen der Gesteinsschichten in Oberflächennähe mit Temperaturen unter 40° C gerät, wird er langsam wieder in Gipsstein umgewandelt. Die Wasseraufnahme während dieser Vergipsung führt zu einer Volumenzunahme, wodurch die ursprünglich ebenen Schichten aufgewölbt und bei mächtiger Überlagerung gefaltet werden können (Gekrösegips).
Gipslagerstätten sind also zumeist oberflächennahe vergipste Krusten eines schichtförmigen Anhydritkörpers. Im Idealfall handelt es sich um monomineralischen Gipsstein. Qualitätsmindernde Verunreinigungen mit Anhydritresten, Ton, Karbonat, ferner bituminöser Substanz oder anderen Salzen können in unterschiedlichem Maße eingelagert sein.
Die Vergipsungstiefe ist abhängig von verschiedenen Faktoren wie z.B. der Mächtigkeit des überlagernden Deckgebirges, der unterschiedlichen Gesteinszusammensetzung im Deckgebirge und der Kristallinität der Anhydritgesteine. Wegen der Löslichkeit der Gipssteine gibt es Ausbisse an der Oberfläche nur selten. Allenfalls an sehr steilen Hängen, wo die Erosion schneller voranschreitet als die Auslaugung, treten Gipse zu Tage aus. Gipslagerstätten werden demzufolge talseitig durch den früher oder später einsetzenden Anhydritsockel begrenzt, bergseitig hingegen stoßen sie recht bald an Auslaugungsgesteine.
Wegen fortschreitender Auslaugungsvorgänge unterhalb des Deckgebirges entstehen Höhlen, Dolinenfelder und Erdfälle. Dieser Gipskarst kennzeichnet oberflächennahe Gipsvorkommen. In Lösungshohlräume einbrechendes Deckgebirge kann Ursache unerwünschter Verunreinigungen des Rohstoffes sein. Teilweise liegt bereits eine geologisch alte Verkarstung vor. Die Überdeckungsmächtigkeit ist dann abhängig von einem Paläo-Karstrelief.
Verfalteter Gipsstein „Gekrösegips“ (Werra-Anhydrit) aus dem Gipssteintagebau Hundelshausen
Bereits in der Zechsteinzeit verkarstete Gipsoberfläche, die durch Abräumen der Überdeckung freigelegt wurde (Steinbruch Alheim-Niederellenbach)
Übersichtskarte der Verbreitung von Gipsrohstoffen und Abbaustellen. Die in Hessen auftretenden Gipsrohstoffe werden in Zonen unterschiedlicher Lagerstättenpotenziale, -mächtigkeiten und Qualitätspotenziale eingeteilt. Erläuterungen hierzu finden sie im Fachbericht Gipsrohstoffe. Die Übersichtskarte im Maßstab 1 :300000 kann als Kartenplot über das HLNUG bestellt werden.
In Hessen kommen wirtschaftlich nutzbare Gipsrohstoffe ausschließlich im Bereich des Regierungsbezirkes Kassel vor. Diese Vorkommen haben eine überregionale Bedeutung für die Versorgung der Baustoffindustrie nicht nur in Hessen. Nach Lagerstättenerhebungen des HLNUG aus dem Jahr 2017 wurden 2016 ca. 0,4 Mio. Tonnen Naturgips in vier Tagebauen und einem Untertagebau gewonnen, Tendenz steigend. Das sind ca. 12% der bundesweiten Förderung.
Aktuell wird wieder mehr Primärrohstoff gewonnen. Das ist auch die Tendenz für die Zukunft, da der Anteil der REA-Gipsproduktion aus politischen Gründen systematisch zurückgefahren wird.
Der in Hessen gewonnene Gipsstein wird innerhalb des Landes hauptsächlich zu Gipsprodukten verarbeitet. Der Abbau von Anhydrit ist in Hessen bisher wirtschaftlich eher unbedeutend.
Aufgrund ihrer Verbreitung, Rohstoffmächtigkeit und Qualität sind derzeit ausschließlich Gips- und untergeordnet auch Anhydritgesteine des Zechsteins und des Mittleren Muschelkalks von ökonomischem Interesse.
Gips- und anhydritführender Zechstein (Zone 1)
Die qualitativ wie quantitativ bedeutendsten Lagerstätten sind mit über 250 Mio. Jahren gleichzeitig die geologisch ältesten und stammen aus der Zechsteinzeit (Zone 1 in der Karte). Ihre heutige Oberflächennähe verdanken die Sulfate großräumigen, tektonisch bedingten Gesteinsaufwölbungen in Nordhessen, die als Paläozoische Aufbrüche bezeichnet werden. Hier sind insbesondere zu nennen der Werra-Aufbruch im Raum Witzenhausen-Eschwege, der Richelsdorfer Aufbruch bei Sontra und der Baumbacher Aufbruch bei Rotenburg a.d. Fulda.
In diesen Strukturen sind durch Verwitterung und Abtragung gipsrohstoffführende Gesteinsschichten wie der Werra-Anhydrit, der Staßfurt-Anhydrit und der Hauptanhydrit in Teilen freigelegt worden.
Die vergipsten Sulfat-Lager erreichen 30 m bis 50 m und im Extremfall > 80 m wie in Hundelshausen. Der Gipsreinheitsgrad der Zechstein-Gipsteine kann bis zu 98% erreichen.
Gipsführender Muschelkalk (Zone 2)
Gipssteine des Mittleren Muschelkalks (Zone 2 in der Karte) sind mit < 10 m vergipsten Gesteinsschichten deutlich geringer mächtig und auch der Gipsreinheitsgrad ist mit maximal > 70% geringer. In Hessen treten solche Gesteine von ökonomischem Interesse am östlichen Rand der Borgentreicher Keupermulde und der Nethe Scholle nordwestlich Hofgeismar auf, entlang der hessisch-nordrhein-westfälischen Bundeslandgrenze. Bei Lamerden werden Muschelkalk-Gipssteine untertage abgebaut.
Kleinräumige Zechstein-Lagerstätten (Zone 3)
Kleinräumige, geringmächtige und tektonisch stark beanspruchte Zechstein-Lagerstätten am Nordostrand des Rheinischen Schiefergebirges im Großraum Korbach sowie Vorkommen im Oberen Buntsandstein (Zone 3 in der Karte) stehen derzeit nicht im wirtschaftlichen Fokus.
Die sehr hochwertigen Gipssteine des Zechsteins genügen im Allgemeinen den Anforderungen für alle Gipsprodukte, nicht nur für höherwertige Baugipse, sondern auch zur Herstellung von Spezialgipsen (Hartformgips/Keramikindustriegips). Die Lagerstätte bei Witzenhausen-Hundelshausen ist wegen der hohen Abbaumächtigkeit und Reinheit des dort gewonnenen Sulfats eine der bedeutendsten in ganz Deutschland, ihr Gipsstein eignet sich neben der Herstellung von Baugipsen auch für Gips-Wandbauplatten.
Die Zumischung von Zechsteingipsen zu weniger hochwertigen Gipsen- beispielsweise aus dem mittleren Muschelkalk- gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Gewinnung auch dieser Lagerstätten. In den Gipssteinen des Mittleren Muschelkalks sind vor allem die graue Farbe und Lagen tonig-karbonatischen Zwischenmittels störend. Der Rohstoff wird überwiegend in die Zementindustrie geliefert.
Der nicht für die genannten hochwertigen Gipsprodukte nutzbare Anhydritstein findet überwiegend als Zementzuschlag Verwendung (Abbindeverzögerer) und kann an Zementwerke oder andere Produktionsstandorte als Rohstein verkauft oder zur Herstellung von Fließestrich verarbeitet werden.
Gips-Wandbauplatten Werk Hundelshausen
Mit dem von der Bundesregierung 2016 beschlossenen Klimaschutzplan 2050 (KSP) im Rahmen der Energiewende wurde der mittelfristige Ausstieg aus der Kohleverstromung beschlossen. Um dieses Ziel erreichen zu können, plant die Bundesregierung neben anderen Maßnahmen Kohlekraftwerke vom Netz zu nehmen, Braunkohlekraftwerke mit einer Gesamtleistung von 2,7 Gigawatt schrittweise in eine Sicherheitsbereitschaft zu überführen und nach 4 Jahren endgültig stillzulegen. Dies führt zu einer dauerhaft rückgängigen REA-Gips-Produktion und damit zu einem verstärkten Abbau natürlicher, nicht regenerierbarer Sulfatlagerstätten.
Hoher Anteil an REA-Gips
75% der REA-Gips-Produktion wurden in der Vergangenheit über Braunkohlekraftwerke in Deutschland generiert. In den Rauchgasentschwefelungsanlagen der Kraftwerke wird das schwefelhaltige Abgas in einem Waschverfahren mit Kalkstein (CaCO3) zu Gips und Kohlendioxid umgewandelt. REA-Gips ist abgesehen von der Körnigkeit chemisch mit dem Naturgips nahezu identisch.
Aktuell werden ca. 45% der industriellen Gips- und Anhydritprodukte aus Naturgips und Naturanhydrit (Primärrohstoff) und mehr als die Hälfte (55%) aus REA-Gips (Sekundärrohstoff) hergestellt.
Großer Bedarf an Gipsrohstoffen
Durch den Abschlussbericht der Kommission der Bundesregierung „Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung“ (WSB) vom 26.01.2019 („Kohlekompromiss“) und den darauf basierenden Entwurf des Kohleausstiegsgesetzes vom 28.01.2020 mit einem nun geplanten Ende der Kohleverstromung bis 2038 wurde der Handlungsspielraum aus den davor aufgestellten Trendszenarien und Planungen der Industrie hinsichtlich des künftigen Ausbleibens von REA-Gips nun nochmals enger.
So werden die beschlossenen Veränderungen in der Zusammensetzung des deutschen Energiemix schon in naher Zukunft erhebliche Auswirkungen auf die Produktion und die Flächeninanspruchnahme durch den verstärkten Abbau von Naturgips/-anhydrit haben.
In der hessischen Gipsindustrie wird der Bedarf an Gipsbaustoffen für den Wohnungsbau, die energetische Modernisierung sowie den Ausbau und Erhalt der Infrastruktur für die gipsverarbeitende Industrie einschließlich der Zementindustrie auf mehr als 12 Mio. Tonnen jährlich in Deutschland geschätzt.
Gips ist nach Einschätzung der Industrie quasi unendlich recycelbar („cradle-to-cradle“-Prinzip). Die produktbedingten geringen Mengen recyclebarer Gipsabfälle werden trotz weiterer Optimierungsanstrengungen seitens der Industrie als 3. Rohstoffsäule nach Natur- und REA-Gips, die der Energiewende geschuldete Bedarfslücke an Sulfatrohstoffen nicht schließen können.
Handlungsbedarf bei der Rohstoffsicherung
Die aufgezeigte Problematik macht deutlich, dass Handlungsbedarf hinsichtlich der Rohstoffsicherung von Gips- und Anhydrit-Lagerstätten in künftigen Neuaufstellungen des Regionalplanes Nordhessen besteht.
Im Zeitraum von 8 Jahren muss nach § 6 Abs. 6 HLPG eine Neuaufstellung der Regionalpläne erfolgen, die an die sich ändernden Verhältnissen angepasst werden soll. Hierbei kommt der Überprüfung und Übernahme bestehender Festlegungen von Vorranggebieten für den Abbau oberflächennaher Lagerstätten und Vorbehaltsgebieten oberflächennaher Lagerstätten eine besondere Bedeutung zu, weil deren Flächensicherung über die Laufzeit der Pläne hinausgehend erfolgen soll.
Angesichts der absehbaren Entwicklung im Energiemix der Bundesrepublik Deutschland wird die Bedeutung des Abbaus und der Verwendung von Naturgips/-anhydrit in sehr hohem Maß zunehmen. Der Sicherung von Gips- und Anhydrit-Lagerstätten für den Abbau kommt daher eine herausgehobene Bedeutung für die Allgemeinheit zu, die sich bei der Abwägung mit konkurrierenden Raumnutzungen auswirken sollte.
Abschätzung der künftigen REA-Gips Produktion mit Basis KSP 2050 (Reduktion der CO2-Emissionen) und Basis Kohleausstiegsgesetz (Reduktion installierte Leistung)