Je leest:

Peridotieten zijn gek op CO2

Peridotieten zijn gek op CO2

Auteur: | 11 februari 2011

Hoe verwijder je CO2 uit de lucht? Met bomen en planten, zult u denken – maar de aarde zelf heeft er al langer kaas van gegeten. Breng mineralen als olivijn of pyroxeen in aanraking met CO2, doe er wat water bij, en voilà: Het mengsel reageert en de CO2 is uit de lucht verdwenen. Meestal ontstaan hierbij magnesium-bicarbonaat oplossingen, soms ook serpentijn.

De mineralen olivijn en pyroxeen zijn op aarde rijkelijk aanwezig, met name in het gesteente peridotiet. Probleem is echter – zoals wel vaker bij processen op onze aardbol – dat de snelheid van het mechanisme nogal te wensen over laat.

Geologen hebben de afgelopen jaren weliswaar manieren bedacht om er wat meer vaart achter te zetten, maar of het echt gaat werken valt nog te bezien; de meningen lopen daar over uiteen.

Verpulverd

Maal het olivijn tot gruis, is één van de plannen. Strooi het verpulverde olivijn vervolgens uit over land, op stranden of in ondiep water in de tropen, en laat de natuur zijn werk doen.

Olivijn is olijfgroen. De plannen van Schuiling zullen, indien uitgevoerd langs de kust, dan ook tot groene stranden leiden.

Olaf Schuiling, inmiddels gepensioneerd professor in de geochemie aan de Universiteit van Utrecht, kwam al met het idee in de jaren zestig. Hoe fijner het olivijn, hoe groter het oppervlak waaraan de reactie kan plaatsvinden, is de gedachte, en daarmee neemt de snelheid van het omzettingsproces dus fors toe.

Volgens Schuiling is het verspreiden van 7 km3 verpulverde olivijn per jaar genoeg om alle CO2 die vrijkomt bij de verbranding van fossiele brandstoffen te neutraliseren.

“Dat is best veel”, beaamt hij, “maar realiseer je wel dat de grootste mijn op aarde 25 km3 groot is, en dat de hoeveelheid olie die we jaarlijks opstoken 10 km3 per jaar bedraagt.”

Zuurtegraad

Peter Köhler en zijn collega’s van het Alfred Wegener Instituut in Bremerhaven rekenden het scenario door. Zij denken dat zo’n 7 miljard ton CO2 per jaar opgenomen zou kunnen worden door olivijn te verspreiden, hetzij over land, in de vochtige tropen, hetzij in rivieren als de Amazone of de Kongo.

Bijkomend voordeel is dat de verzuring van de oceaan, waar het water uiteindelijk in terecht komt, op deze manier wordt tegengegaan, schrijven ze, hoewel de effecten van een verlaging in zuurtegraad ook in kaart gebracht zouden moeten worden. Dat vindt ook Suzanne Hangx, tot voor kort als aardwetenschapper werkzaam bij het hoge druk- en temperatuurlaboratorium (HPT-lab) van de Universiteit van Utrecht. Want wat als de uitvoering van het plan veel schade blijkt op te leveren aan de flora en fauna van kwetsbare gebieden als de Amazone? “Dan is het niet mogelijk om aan de noodrem te trekken”, waarschuwt ze, “de reactie zal gewoon door blijven gaan tot er een nieuw evenwicht gevonden is.”

Peridotiet met carbonaat-aders, waar het CO2 in “gevangen” zit.
Peter Kelemen, Columbia University

Haalbaarheid

Samen met Chris Spiers, ook van het HPT-lab in Utrecht, onderzocht Hangx de haalbaarheid van het plan. Om de wereldwijde CO2-uitstoot met 30% te verminderen zouden we 5 miljard ton olivijn per jaar tot korreltjes van 0,3 mm moeten malen, berekenden ze. En dan nog zou het in het gunstigste geval 700 jaar duren voor het effect zichtbaar zou worden.

Natuurlijk gaat het sneller als de korreltjes nog wat fijner gemalen worden, maar dat kost weer extra energie, en dus CO2. Bovendien zou fijner stof gevaar kunnen opleveren voor de volksgezondheid, en bevatten olivijnhoudende gesteenten niet zelden asbest.

“Korrels fijner malen hoeven we zelf niet te doen”, zegt Schuiling, “dat doet de branding wel voor ons.” Dat de olivijnhoudende gesteenten op sommige plaatsen asbest bevatten beaamt hij. “Maar het betreft hier wel witte asbest: de minst gevaarlijke soort. En geen mijnbouwmaatschappij die zijn klanten en goede naam wil behouden zal hier olivijn gaan delven.” En de haalbaarheid? “Hangx en Spiers baseren zich op laboratoriummetingen”, reageert Schuiling, “en vergeten dat chemische verwering in de natuur versneld plaatsvindt.” Door de activiteit van schimmels bijvoorbeeld, die de grond verzuren en de olivijnkorrels daarmee verder afbreken.

Het scenario is inderdaad nog niet uitgetest in een natuurlijke omgeving. Wel zijn potproeven uitgevoerd bij het Plant Research Institute in Wageningen. Hierbij werd gras gekweekt in bodems waaraan olivijnpoeder was toegevoegd. Na 10 maanden bleek ongeveer 20% van het ingestrooide olivijn te zijn verweerd en het gras groeide er uitstekend op.

Waar bronwater door peridotieten omhoog komt kan travertijn ontstaan – een kalksteen waar CO2 in opgeslagen zit.
Jürg Matter, Columbia University, New York

Verwering op lokatie

Intussen wordt in Oman ingezet op een ander spoor. Onderzoekers van de Columbia University in New York proberen hier ‘op lokatie’ de chemische reacties van olivijn en pyroxeen met CO2 te versnellen.

Met name gesteenten uit de aardmantel (de diepere aardlaag die zich onder de aardkorst bevindt), zoals peridotiet, bevatten de mineralen olivijn en pyroxeen. In Oman komt dit mantelgesteente tevoorschijn aan het aardoppervlak, omhooggestulpt door plaattektonische processen waarbij een oude oceaanbodem over het Arabische gebergte heen geschoven is.

Door verwering van dit gesteente wordt nu al tot 100.000 ton CO2 per jaar opgenomen en omgezet in koolstofhoudende mineralen, ontdekten Peter Kelemen en Jürg Matter twee jaar geleden. Dat kan sneller, bedachten ze. Door barsten in het gesteente te maken, gaten te boren, onder hoge druk pure CO2 toe te voegen. En vooral, heel simpel, door de temperatuur wat op te schroeven.

Peter Kelemen aan het werk.
Sam Krevor, Columbia University, New York

De natuur werkt mee, ontdekten ze, op alle fronten: Met de diepte gaan de druk en temperatuur in de aarde snel omhoog. Als je dus gaten boort in de peridotiet, en daardoor pure CO2 de diepte in pompt, is aan de voorwaarden van hoge druk en temperatuur al voldaan. Bovendien komt bij de reactie van olivijn met CO2 warmte vrij, die het proces daarna kan blijven versnellen. “Als alles meezit kunnen we de snelheid een miljoen keer hoger maken”, meldt Kelemen optimistisch.

Efficiëntie

Peridotiet wordt hier en daar al gebruikt om CO2 om te zetten in koolstofhoudende mineralen. Meestal wordt hierbij echter gewerkt ‘aan de schoorsteen’, dus bij de CO2-bron zelf. De nieuwe methode van Kelemen en Matter lijkt een geduchte concurrent. De CO2 naar de mineralen toe brengen is immers efficiënter dan de mineralen naar de schoorsteen transporteren. Bovendien hoeven de mineralen in dit geval niet gemijnd en bewerkt te worden, en hoeft er niet kunstmatig een hoge druk en temperatuur gecreëerd te worden.

Het afvangen en zuiveren van CO2 is echter duur: de kosten worden geschat op 30 Euro per ton CO2 – en dan moet het nog vervoerd worden en in het gesteente worden gebracht. De versnelde verwering volgens de methode van Schuiling lijkt goedkoper, met ongeveer 10 Euro per ton CO2. Ook hier komen echter de vervoerskosten nog bij, en die zijn voor olivijn (zelfs voor een gesteente een zware jongen) natuurlijk een stuk hoger dan voor CO2.

“We kunnen daarom het beste vooral olivijn gaan verspreiden in gebieden dichtbij de olivijnmijnen, in tropische landen”, zegt Schuiling. Daar zijn de klimatologische omstandigheden optimaal voor verwering. Bovendien bestaan deze gebieden vaak uit arme laterietgronden, en hebben de mensen die er wonen geen geld om kunstmest te kopen. Schuiling: “Magnesium is een van de belangrijkste minerale voedingsstoffen, die ze in dit geval gratis krijgen om hun bodem te verbeteren.”

Voor Schuiling zijn de kosten binnenkort wellicht niet meer het grootste probleem: Hij is één van de tien finalisten van de Virgin Earth Challenge: een wedstrijd uitgeschreven door Richard Branson, waarin duizenden deelnemers meestreden om de prijs voor het beste plan om 1 miljard ton CO2 uit de atmosfeer te halen. De uitslag wordt in mei verwacht en de prijs is maar liefst 25 miljoen dollar.

Bronnen

  • Hangx and Spiers Coastal spreading of olivine to control atmospheric CO2 concentrations: A critical analysis of viability International Journal of Greenhouse Gas Control 3 (2009) 855-856
  • Kelemen and Matter In situ carbonation of peridotite for CO2 storage PNAS 45 (2008) 17295-17300
  • Matter and Kelemen Permanent storage of carbon dioxide in geological reservoirs by mineral carbonation , Nature Geoscience 2 (2009) 837-841
  • McKinsey Global Institute, CSS, assessing the economics, 2008
  • Schuiling and Tickell Enhanced weathering of olivine to capture CO2 Journal of Applied Geochemistry 12 (2010) 510-519
  • Schuiling and De Boer Coastal spreading of olivine to control atmospheric CO2 concentrations: A critical analysis of viability. Comment: Nature and laboratory models are different International Journal of Greenhouse Gas Control 4 (2010) 855-856

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 februari 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.