Zeven km3 olivijn om de aarde te redden?

De aanleiding
Ik kwam op Facebook in een discussie terecht over een oude bekende, het mineraal olivijn als middel om CO2 uit de lucht te halen. Af en toe laait die discussie weer op, de laatste keer vanwege een artikel in de NRC dat “zeven km3 olivijn genoeg is om de aarde te redden”. Zie www.nrc.nl/nieuws/2020/06/19/zeven-kubieke-kilometer-olivijn-om-de-aarde-te-redden-a4003381?fbclid=IwAR3I_V2ZeqkfkYdfEss7c0hPT42YdlNneP1LkcDsb9LgxfqCxLc_PZGoaeY .

De discussie gaat terug op prof. Olaf Schuiling. Kennislink wijdt een pagina aan hem ( www.nemokennislink.nl/publicaties/peridotieten-zijn-gek-op-co2/ ). Daar blijkt overigens dat die “zeven km3 “  “zeven km3per jaar” moet zijn en dat de redding van de wereld neerkomt op het compenseren van alle verbranding van fossiele brandstoffen.

Olivijnzand
(afbeelding links By Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10448817 )

Wat is olivijn en hoe gedraagt het zich?
Olivijn is een dieptegesteente. Het kristal is stabiel op zo’n 400km diepte en wordt alleen aan het aardoppervlakte gevonden als er diepe lava aan de oppervlakte uitgestroomd is. Dat gebeurt soms. Het materiaal dankt zijn naam aan de kleur en kan in extreme gevallen edelsteenkwaliteit bereiken.

De chemische samenstelling is XYSiO4 . Daarbij kunnen X en Y staan voor magnesium (Mg), tweewaardig ijzer (Fe) , en voor sporenelementen waarvan het giftige nikkel (Ni) de belangrijkste is. Als zowel X als Y magnesium is, heet het mineraal Forsteriet.
Meestal zit Olivijn in een menggesteente waarin bijvoorbeeld ook witte asbest kan voorkomen.

Het kristal is aan de oppervlakte niet meer stabiel en verweert daarom. Het kan ook gewoon van nature CO2 binden, alleen gebeurt dat uiterst onpraktisch langzaam als het materiaal gewoon een bonk is.

De verweringsreactie is voor forsteriet (in een waterig milieu)

2H2O + 4CO2 + Mg2SiO4 –> 2Mg2+ + SiO2 + 4HCO3

SiO2 is gewoon kwartszand en het HCO3-ion (ook wel het bicarbonaation) is wat je ook krijgt als je bakpoeder of zuiveringszout  in water gooit.
De reactie is dus niet exotisch.

Voor het verweren van olivijn moet er water en CO2 kunnen toetreden. En omdat zich een korstje kan afzetten, is het handig als het materiaal in beweging blijft.
Toetreding gaat makkelijker bij een groot oppervlak, en dus een kleine korrel.
Wil je dus iets met olivijn, dan moet je het mijnen, transporteren, en heel fijn malen en verspreiden. Dat kost energie en als regel CO2 en dat moet je in mindering brengen op de opbrengst. Je moet dus een Life Cycle Assessment maken (LCA).

Recente research en praktijk
Het artikel in de NRC (in de geo-engineeringbijlage van 20 juni 2020) baseerde zich op een onlangs gestarte praktijkproef van Deltares, een gerenommeerd kennisinstituut. Wat Deltares erover kwijt wil, is te vinden op www.deltares.nl/nl/projecten/olivijn-validatie-rekenmodel-met-veldproef-op-campus-van-deltares/ .

Rijkswaterstaat RWS) heeft in 2012 zo’n LCA gemaakt (onderstaande illustraties zijn uit die publicatiue afkoomstig). De verwijzing is http://publications.deltares.nl/1203661_000.pdf en die is te vinden op bovenstaande Deltares-pagina. Daar staat ook een praktijkproef in Rotterdam. De zoekterm rws olivijn geeft nog wel meer resultaat.

Zuivere forsteriet kan per 1 kg forsteriet 1.25 kg CO2 binden. Na diverse aftrekposten blijft ongeveer 1 kg CO2 per 1 kg forsteriet over.

Het titelblad van de studie van RWS geeft goed aan wat RWS als mogelijke toepassing ziet.

Daarnaast heeft RWs gebruik in de landbouw geanalyseerd.

Het analyseresultaat beschrijft hoe snel het olivijn voor 80 en 100% wegverweerd is. Dat is vooral afhankelijk van

  •  de korrelgrootte (kleinere korrel, snellere verwering)
  • de omgevingstemperatuur (warmer is sneller, tropen werken beter dan gematigde breedtes)
  • hoe zuur het water is (hoe zuurder, hoe sneller). Omdat landbouwgrondwater zuurder is, gaat het in de landbouw sneller.

Al met al praat men in de landbouw over jaren tot decennia en in de kustlijn over decennia tot enkele eeuwen.

Voor- en nadelen
Het nut van olivijn is in meerdere opzichten dubbelzinnig.

Het is juist dat olivijn primair CO2 uit de lucht bindt .

Maar de stof doet dat in water en daarbij ontstaat het HCO3-ion . Dat kan op verschillende  manieren doorreageren.
Het eindmengsel kan neerslaan tot het onoplosbare MgCO3 ,bijvoorbeeld als het water opdroogt. Dan komt de helft van de gevangen CO2 alsnog in de lucht, maar de andere helft zakt naar de bodem of wordt een witte aanslag.
Het HCO3-ion kan ook reageren met zuurionen ( H+). Per H+ ion komt er dan weer een CO2– molekuul in de lucht (dat is precies wat zuiveringszout doet met brandend maagzuur – leve de Rennie). Maar het H+ ion kan ook uit zure regen of uit stikstofdepositie komen. En het H+– ion kan ook in de verzuurde oceaan zitten, die door het HCO3-ion een beetje minder zuur wordt.
Het kan ook zijn dat een HCO3-ion een mossel tegenkomt en zich aanbiedt om een schelp mee te bouwen.
Men kan dus niet met alleen de primaire reactie volstaan en moet ook een theorie opbouwen over het vervolg.

Je kan olivijn op goede gronden dus zien  als een klimaatoplossing die soms zuur bindt, maar ook als een zuurbinder die soms het klimaat helpt. Die twee sluiten elkaar uit.

In principe kan men olivijn zien als een stof die kalk vervangt bij het ontzuren van landbouw- of bosbodems (want uit kalk komt bij het zuurbinden CO2 vrij) . Bij olivijn ook, maar die CO2 had je eerst gevangen.
Bijkomend voordeel is dat uit olivijn magnesiumionen vrijkomen, die planten graag opnemen voor de opbouw van chlorophyll. Het is overwogen om olivijn als meststof in te zetten, maar het probleem is vooral de nikkelbijmenging. Die ligt ver boven de interventiewaarde van vervuilde bodems. Nikkelloze olivijn zou een interessante grondstof zijn.

Olivijn is een interessante stof, maar geen wondermiddel. Men moet niet alleen de primaire reactie analyseren, maar ook het natraject.

2 thoughts on “Zeven km3 olivijn om de aarde te redden?”

  1. Hallo Bernard,

    Mooi artikel.
    Een Facebook discussie is meestal niet het beste startpunt ;-).

    1. Zoals iedereen zal beamen moeten we eerst en vooral CO2 emissies verminderen. En dan nog wat CO2 opruimen. De 7 kmˆ3 (inderdaad per jaar) zouden nodig zijn als we geen CO2 emissies verminderen, maar alleen kijken hoeveel olivijn nodig is om alle CO2 te binden. Anderen werken aan het verminderen van CO2 emissies. Deltares en wij aan CO2 opruimen, aanvullend dus. Als er 1 Megaton nodig is, is dat beter.

    2. De huidige toepassingen zijn vooral op het vervangen van zand/grind. Die je anders ook gemijnd, gemalen en getransporteerd zou hebben. En die dus geen CO2 vastleggen. Dus je moet het gebruikelijke product (bv graniet) vergelijken met olivijn. Zowel qua kosten, CO2 impact etc. Je vervangt een ander product.

    3. Zuur balans, of het olivijn met koolzuur, zoutzuur of zwavelzuur reageert is niet zo relevant. Als er geen olivijn gebruikt zou zijn, zou het koolzuur zorgen voor zuurdere oceanen (voor “sceptici” verminderde alkaliniteit) en minder goed in de oceaan oplossen. Het zoutzuur/zwavelzuur zou dan bv kalk oplossen en en hierbij komt CO2 vrij. Dus je zou het CO2 probleem (behalve als opwarming, infrarood absorptie) ook als een chemisch probleem (zuur, verzuring oceanen) kunnen zien. En als je dan olivijn gebruikt, anders had je dit zuur niet geneutraliseerd. Er zijn ook mensen die kalk willen uitstoken, deze CO2 afvangen en geologisch opslaan. En de gebrande kalk willen gebruiken om CO2 te binden.

    4. Tijdstermijn: Ja, de reactie is langzaam (hoewel geologen hier anders over denken). Ja, praat over jaren. Inderdaad gaat dit sneller als je het materiaal fijner maalt, maar dit kost energie. En voor een stel toepassingen wil je geen fijn materiaal. Het olivijn ligt naast de Hoekse Lijn. Heel fijn materiaal zou hier snel wegwaaien. Anderzijds deze spoorlijn zal er nog wel 30 jaar liggen 😉 . En het klimaat probleem zal nog een tijdje spelen. Bovendien een CCS installatie wil je ook bouwen voor 30 jaar. Dus dat de reactie zich over een tijdstermijn van decennia afspeelt past bij de fysica en de toepassing. En we hadden hier natuurlijk ook al 30 jaar geleden mee kunnen beginnen.

    M.vr.gr.
    Pol Knops
    mede namens GreenSand

    1. Voor de volledigheid moet gemeld worden dat GreenSand een commercieel bedrijf is dat olivijnhoudende producten verkoopt. De meeste lezers van deze website zullen dat niet weten.
      Ik vind dat geen probleem, maar het moet even gezegd zijn.
      De website van het bedrijf is http://www.greensand.nl .

      Zoals zo vaak is de discussie wat je precies met wat vergelijkt.

      Olivijn vraagt mijnen, transporteren en malen en zand soms ook, maar het is de vraag of dat in dezelfde mate is. Ik kan dat zonder nadere studie niet zeggen.
      En de opmerking van Knops over kalk heeft ook een situatiegebonden waarde. Het is juist als olivijn kalk vervangt, maar niet als olivijn onafhankelijk van kalk aanwezig is.

      In feite zegt Knops in andere woorden hetzelfde als ik, namelijk dat je een Life Cycle Assessment moet maken voor de concrete toepassing. Het nut hangt van de context af.

      Overigens vind ik dat technici en geleerden zich vaker op social media moeten wagen om hun meningen, als het ware aan het front, te populariseren. Het zou de zaak veel goed doen.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.