Olivijn: het groene mineraal dat CO2 uit de lucht kan halen
Olivijn is een groenachtig mineraal dat van nature veel voorkomt in vulkanisch gesteente zoals basalt, en het staat de laatste jaren volop in de belangstelling van klimaatonderzoekers. Niet omdat het mooi is om te zien — hoewel dat ook zo is, olijfgroene olivijnkorrels vormen bijvoorbeeld enkele beroemde groene stranden op Hawaï — maar omdat het mineraal van nature CO2 uit de lucht kan opnemen en permanent kan vastleggen in vaste vorm. Dat proces heet verwering, en het gebeurt overal op aarde al miljoenen jaren. Bij versnelde verwering (in het Engels enhanced weathering) proberen wetenschappers dit natuurlijke proces een handje te helpen, zodat het niet duizenden jaren maar tientallen jaren duurt.
Een vergelijking kan helpen: als je een stalen spijker buiten in de regen legt, roest hij vanzelf — het ijzer reageert met zuurstof en water. Vermaal je diezelfde spijker eerst tot fijn poeder, dan roest al dat materiaal veel sneller, simpelweg omdat er meer oppervlak is dat met de lucht in contact komt. Met olivijn gebeurt iets vergelijkbaars, alleen reageert het niet met zuurstof maar met kooldioxide (CO2) en water. Vermaal je olivijn tot fijn zand of poeder en verspreid je dat over een akker, strand of kustlijn, dan gaat de natuurlijke chemische reactie tussen mineraal en CO2 veel sneller dan wanneer er alleen een rotsblok in de wei ligt. Het resultaat: CO2 wordt omgezet in vaste of opgeloste koolstofverbindingen die niet meer terug de atmosfeer in kunnen — in elk geval niet op een tijdschaal die voor mensen relevant is.
Wat is het precies?
Olivijn is scheikundig gezien een magnesium-ijzer-silicaat, met de formule (Mg,Fe)2SiO4. Het is een van de meest voorkomende mineralen in de aardmantel, de laag onder de aardkorst, en komt aan het oppervlak vooral voor in gesteenten die uit de mantel of uit vulkanische activiteit ontstaan, zoals basalt en peridotiet.
Het proces van versnelde verwering met olivijn verloopt in een paar stappen. Eerst wordt het gesteente uit een groeve gehaald en fijngemalen tot zand of poeder. Dat vermalen is belangrijk: hoe kleiner de korrels, hoe groter het totale oppervlak dat met lucht en water in aanraking komt, en hoe sneller de chemische reactie verloopt. Vervolgens wordt het fijngemalen olivijn verspreid — bijvoorbeeld op stranden, in kustwateren, op landbouwgrond of langs paden.
Eenmaal verspreid reageert olivijn met CO2 dat is opgelost in regenwater of zeewater (dat vormt een zwak zuur, koolzuur) en met CO2 uit de lucht. Bij die reactie ontstaan vaste carbonaten (vergelijkbaar met kalksteen) en bicarbonaat dat oplost in water, plus siliciumverbindingen. Het bicarbonaat spoelt vaak via rivieren naar zee, waar het duizenden tot miljoenen jaren kan blijven zonder weer CO2 vrij te geven. Op die manier verplaatst het proces koolstof van de atmosfeer naar de oceaan en de bodem, waar het geochemisch gezien lange tijd “opgesloten” blijft.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is koolstofverwijdering, in vakjargon carbon dioxide removal (CDR) genoemd: CO2 die al in de atmosfeer zit er weer actief uithalen, in plaats van alleen nieuwe uitstoot voorkomen. Klimaatwetenschappers, waaronder het IPCC (het klimaatpanel van de Verenigde Naties), gaan er in vrijwel alle scenario’s die de opwarming onder de anderhalve tot twee graden houden van uit dat naast drastische emissiereductie ook grootschalige CO2-verwijdering nodig zal zijn. Versnelde verwering met olivijn is een van de technieken die daarvoor wordt onderzocht, naast bijvoorbeeld het planten van bossen, het opslaan van CO2 ondergronds (CCS) of directe afvang van CO2 uit de lucht met machines (direct air capture).
Een aantrekkelijk kenmerk van olivijnverwering is dat het in principe gebruikmaakt van een proces dat de natuur toch al voortdurend uitvoert — er is geen exotische nieuwe technologie voor nodig, alleen gesteente, een molen en een manier om het te verspreiden. Dat zou de kosten in theorie relatief laag kunnen houden vergeleken met sommige mechanische afvangtechnieken. Daarnaast heeft olivijn een mogelijk nevenvoordeel voor de landbouw: net als kalk kan het de bodem minder zuur maken, wat gewassen ten goede kan komen. Onderzoekers benadrukken wel steeds dat dit soort technieken een aanvulling zijn op, en geen vervanging van, het terugdringen van uitstoot zelf.
Voorbeelden uit de praktijk
De Nederlandse geochemicus Olaf Schuiling, verbonden aan de Universiteit Utrecht, geldt als een van de vroege pleitbezorgers van het idee om olivijn bewust te verspreiden om CO2 vast te leggen. Mede door zijn werk zijn er in Nederland kleinschalige praktijkproeven geweest waarbij olivijnzand of -grind werd gebruikt in paden, opritten en op enkele stranden in onder meer Zeeland, deels als demonstratieproject en deels om verwering en eventuele bodemeffecten in de praktijk te bestuderen.
In de Verenigde Staten heeft de non-profitorganisatie Project Vesta onderzoek gedaan naar het verspreiden van fijngemalen groen zand (op basis van olivijn-achtige mineralen) op stranden en in kustwateren, om te testen of golfwerking het vermalen en verweren van het gesteente verder kan versnellen.
Op landbouwgrond wordt een verwante aanpak, enhanced rock weathering, getest door bedrijven zoals het Amerikaanse Eion, dat verweerbaar gesteentepoeder (waaronder basalt en olivijn-achtige silicaten) op akkers verspreidt. Deze bedrijven verkopen vaak koolstofcertificaten aan andere bedrijven, gebaseerd op de hoeveelheid CO2 die naar schatting wordt vastgelegd — een verdienmodel dat sterk leunt op de vraag hoe nauwkeurig die vastlegging te meten is.
Hoe ver is de techniek?
Versnelde verwering met olivijn bevindt zich in een fase tussen laboratoriumonderzoek en de eerste kleinschalige veldproeven en pilotprojecten. De scheikunde achter het proces is op zichzelf goed begrepen en al decennialang bekend uit de geologie; de vraag is vooral hoe snel en hoe voorspelbaar het proces verloopt buiten het lab, onder wisselende omstandigheden van temperatuur, vochtigheid, bodemtype en microbiologie.
Dat is meteen het grootste obstakel: monitoring en verificatie. Om te kunnen zeggen hoeveel CO2 daadwerkelijk is vastgelegd, moet je de verweringssnelheid ter plekke nauwkeurig meten, wat lastiger is dan in een gecontroleerde labopstelling. Dit is vooral belangrijk omdat verkopers van koolstofcertificaten moeten kunnen aantonen dat de beloofde CO2-opname ook echt plaatsvindt.
Andere aandachtspunten zijn de energie en logistiek die nodig zijn om gesteente te delven, te vermalen tot fijn poeder en te vervoeren en verspreiden — dat kost zelf ook energie en dus uitstoot, wat van de netto klimaatwinst afgaat. Ook wordt onderzocht of grootschalig gebruik van olivijn ongewenste effecten kan hebben, bijvoorbeeld doordat het mineraal sporen van metalen als nikkel en chroom kan bevatten die bij verwering vrijkomen. Tot slot is de schaal die nodig zou zijn om wereldwijd een substantiële hoeveelheid CO2 vast te leggen enorm: het zou gaan om vele miljoenen tot honderden miljoenen tonnen gesteente per jaar, met de bijbehorende mijnbouw- en transportvraagstukken. Al met al is de techniek veelbelovend maar nog niet rijp voor de allergrootste schaal.
Wie werken eraan?
De Universiteit Utrecht geldt door het werk van Olaf Schuiling als een vroege pionier op dit gebied binnen Nederland, en Nederlandse en andere Europese onderzoeksgroepen in de geochemie en aardwetenschappen doen sindsdien verder onderzoek naar verweringssnelheden en bodemeffecten. Wereldwijd houden onderzoeksgroepen aan universiteiten met sterke aardwetenschappen- en klimaatafdelingen zich bezig met versnelde verwering als onderdeel van breder onderzoek naar koolstofverwijdering.
In de Verenigde Staten is de non-profitorganisatie Project Vesta specifiek gericht op kustlijn- en strandverwering met olivijn-achtig zand. Daarnaast zijn er commerciële bedrijven, zoals het eerdergenoemde Eion, actief in enhanced rock weathering op landbouwgrond, vaak gefinancierd via de verkoop van koolstofcertificaten aan andere bedrijven die hun CO2-uitstoot willen compenseren. Overheden en klimaatpanels zoals het IPCC volgen deze ontwikkelingen als onderdeel van het bredere palet aan CDR-technieken dat nodig geacht wordt om klimaatdoelen te halen, en landen als de Verenigde Staten, het Verenigd Koninkrijk en lidstaten van de Europese Unie financieren via onderzoeksprogramma’s studies naar de haalbaarheid en risico’s van deze aanpak.