science >> Wetenschap >  >> Natuur

Hoe groene mijnbouw de weg kan banen naar netto nul en een duurzame toekomst

Witte Eiland vulkaan, Nieuw-Zeeland. Dit is een van de vele vulkanen wereldwijd die heet, metaalrijke vloeistoffen naar de atmosfeer. In het geval van White Island, de lozing bedraagt ​​ongeveer 100 ton koper per jaar en 4,5 kg goud per jaar. Niet alle metalen in de vulkanische vloeistoffen bereiken het oppervlak, in feite wordt het meeste op diepte vastgehouden. De uitdaging voor groene mijnbouw is het benutten van de metaalrijke vloeistoffen die ondergronds vast komen te zitten en de bijbehorende geothermische energie. Krediet: Professor Richard Arculus, Australische Nationale Universiteit

Wetenschappers van de Universiteit van Oxford demonstreren hoe het mogelijk is om direct waardevolle metalen te extraheren uit hete zoute vloeistoffen ('pekel') die vastzitten in poreuze rotsen op een diepte van ongeveer 2 km onder slapende vulkanen. Ze stellen deze radicale groene mijnbouwbenadering voor om essentiële metalen te leveren voor een netto nul toekomst - koper, goud, zink, zilver en lithium - op een duurzame manier.

Magma onder vulkanen laat gassen vrij die naar de oppervlakte stijgen. Deze gassen zijn rijk aan metalen. Naarmate de druk daalt, de gassen scheiden zich in stoom en pekel. De meeste metalen die in het oorspronkelijke magmatische gas zijn opgelost, worden geconcentreerd in de dichte pekel, die op zijn beurt vast komt te zitten in poreus gesteente. Hoe minder dicht, en metaalarme stoom gaat door naar de oppervlakte, waar het fumarolen kan vormen, zoals die te zien zijn bij veel actieve vulkanen.

In een nieuwe krant vandaag gepubliceerd in Open wetenschap , Oxford-wetenschappers, aan het departement Aardwetenschappen, onthullen hoe dit gevangen zit, ondergrondse pekel is een potentieel 'vloeibaar erts' dat een hele reeks waardevolle metalen bevat, inclusief goud, koper en lithium, die kunnen worden uitgebuit door de vloeistoffen via diepe putten naar de oppervlakte te halen.

Hun modellen laten zien dat de pekel mogelijk enkele miljoenen tonnen koper bevat. Koper is een belangrijk metaal om de overgang naar netto nul te maken, vanwege het belang ervan in de opwekking en transmissie van elektriciteit, en elektrische voertuigen.

Professor Jon Blundy, gebaseerd op de afdeling Aardwetenschappen en hoofdauteur, zegt dat "Het bereiken van netto nul zal een ongekende vraag stellen naar natuurlijke metaalbronnen, eisen waaraan recycling alleen niet kan voldoen. We moeten denken aan energiezuinige, duurzame manieren om metalen uit de grond te halen. Vulkanen zijn een voor de hand liggend en alomtegenwoordig doelwit."

De paper laat ook zien hoe geothermische energie een belangrijk bijproduct zal zijn van een groene mijnbouwbenadering, wat betekent dat de operaties bij de bron CO2-neutraal zullen zijn.

Conventionele mijnbouw wint metalen, zoals koper, uit diepe groeven of ondergrondse mijnen in de vorm van vaste ertsen die vervolgens moeten worden vermalen en verwerkt. In het geval van koper is meer dan 99% van het steenslag afval. Dergelijke mijnen zijn milieubelastend, erg duur om te bouwen en te ontmantelen, produceren enorme afvalbergen van afvalgesteente, en zijn zeer energieverslindend en CO 2 -producerend.

Het vooruitzicht om metalen in oplossingsvorm uit putten te winnen, verlaagt de kosten van mijnbouw en ertsverwerking, plus maakt gebruik van geothermische energie om operaties aan te drijven. Dit vermindert de milieu-impact van metaalproductie enorm.

Professor Blundy, zegt dat "actieve vulkanen over de hele wereld enorme hoeveelheden waardevolle metalen in de atmosfeer afgeven. Een deel van deze metalen begiftiging bereikt de oppervlakte niet, maar raakt als vloeistof gevangen in hete rotsen op een diepte van ongeveer 2 km. Groene mijnbouw is een nieuwe manier om zowel de metaalhoudende vloeistoffen als de geothermische energie te winnen. op een manier die de milieu-impact van conventionele mijnbouw drastisch vermindert."

Het onderzoek maakt deel uit van een internationale inspanning (tussen het VK en Rusland) die vulkanologie gebruikt, hydrodynamische modellering, geochemie, geofysica en experimenten bij hoge temperaturen.

Het team heeft gewerkt aan boorkern van een aantal diepe geothermische systemen (in Japan, Italië, Montserrat, Indonesië, Mexico) om hun voorspellingen van metaalrijke pekel te bevestigen.

Professor Blundy, die nu wordt gefinancierd door een onderzoekshoogleraarschap van de Royal Society om te werken aan vulkanen en groene mijnbouw, zegt dat "groene mijnbouw een wetenschappelijke en technische uitdaging is waarvan we hopen dat wetenschappers en regeringen deze zullen omarmen in hun streven naar netto nul."

De wetenschappers zeggen dat geofysische onderzoeken van vulkanen aantonen dat bijna elke actieve en slapende vulkaan een potentieel exploiteerbare 'lens' van metaalrijke pekel bevat. Dit betekent dat de metaalexploratie wellicht niet beperkt blijft tot relatief weinig landen zoals momenteel het geval is (Chili, ONS., Peru, China, DRC enz.), vanwege de alomtegenwoordigheid van vulkanen over de hele wereld.

De belangrijkste risico's zijn technologisch. Het proces omvat het boren in gesteente op een diepte van 2 km en bij temperaturen van meer dan 450 °C. De afgezogen vloeistoffen zijn corrosief, die grenzen stelt aan de soorten boormaterialen. De geëxtraheerde vloeistoffen hebben de neiging om hun metaallading in de boorput te dumpen, een probleem dat bekend staat als 'kalkaanslag' (een beetje zoals kalkaanslag in een waterkoker). Het voorkomen van kalkaanslag vereist complex denken over de dynamiek van vloeistofstroom en druk-temperatuurregeling in de boorput. Het voorkomen van boorputcorrosie vereist ontwikkelingen in de materiaalwetenschap om resistieve coatings te creëren.

Volgens het Oxford-team veel van deze uitdagingen worden al aangepakt door middel van diepgaande, hete geothermische boorprojecten. In sommige gevallen hebben deze projecten temperaturen van meer dan 500 °C bereikt; af en toe hebben ze in kleine zakken gesmolten gesteente geklopt, bijvoorbeeld in IJsland en Hawaï.

Ervoor zorgen dat de vloeistoffen na het boren in de put blijven stromen, is een complex probleem en de doorlaatbaarheid en porositeit van hete, ductiel gesteente is een uitdagend veld. Het Oxford-team heeft al een idee voor vloeistofextractie gepatenteerd.

Ze zeggen dat het risico op vulkaanuitbarstingen erg klein is, maar moet beoordeeld worden. Ze zijn niet van plan om in magma zelf te boren, maar in de hete rotsen boven de magmakamer, wat het risico op magma aanzienlijk vermindert

De wetenschappers hebben de afgelopen vijf jaar het concept 'de-risk' en zijn nu klaar om een ​​verkenningsput te boren bij een slapende vulkaan. Dit zal veel van de beschreven risico's en uitdagingen verduidelijken, en zal een nieuwe vooruitgang inluiden in ons begrip van vulkanen en hun enorme overvloed aan energie en metalen.

Professor Blundy, zegt dat "het voortzetten van de risicoverminderingswerkzaamheden, die we op vele fronten nastreven door een internationale samenwerking, is belangrijk. Hetzelfde, we moeten de beste testvulkaan identificeren om een ​​verkenningsput te boren."

Ze zeggen dat een werkende 'pekelmijn' vijf tot vijftien jaar verwijderd kan zijn, afhankelijk van hoe goed de uitdagingen kunnen worden aangepakt.