NGUdagen 2014 Trondheim 6 7 februar 2014 Mineraler

NGU-dagen 2014 Trondheim 6 -7. februar 2014 Mineraler og CO 2 -fangst Are Korneliussen 1, Ingar Walder 2 og Richard 3 Bialecki Norges geologiske undersøkelse, tlf. 73904000/92016204 are. korneliussen@ngu. no 2 Kjeøy Research and Education Center, tlf 99640304, IFWalder@kjeoy. no 3 Konsulent, London, e-pulse@dircon. co. uk 1

EN NATURENS MEKANISME FOR HÅNDTERING AV ATMOSFÆRISK CO 2 Dannelse av kalkstein via forvitring/erosjon H 2 O CO 2 FORVITRING/EROSJON • Dekomponering/forvitring av bergarter • Ca (Mg, Fe) fra berggrunnen danner sammen med CO 2 fra lufta kalsium bikarbonat Ca(HCO 3)2 som er løselig i vann (egentlig Ca 2+ + 2 HCO 3 -) TRANSPORT som bikarbonat med grunnvann og elver mot havet Ca 2+ + 2 HCO 3 - 50 % returneres MINUS det som bindes i biologisk materiale UTFELLING som karbonat (ved endret p. H) • Ca 2+ + 2 HCO 3 - Ca. CO 3 ( sediment) + CO 2 • Biologiske prosesser er viktige for å binde CO 2 Ca 2+ + 2 HCO 3 - Ca. CO 3 + H 2 O + CO 2 Karbonat Rolla i Troms Kalkstein Geologiske prosesser Svært store mengder CO 2 er lagret som karbonat i berggrunnen i visse deler av landet 500 -600 millioner år gammel kalkstein (marmor)

• NATURLIGE PROSESSER tar tusener av år • Det bør kunne la seg gjøre å akselerere naturens prosesser for CO 2 -fangst En rekke forslag mht å øke naturens CO 2 -fangst • H 2 O • CO 2 • • Industrialisere forvitringsprosessen, industriell dekomponering av egnede bergarter og reaksjonsproduktene spres i havet; suger til seg CO 2 fra havvannet; vil etter hvert føre til karbonatdannelse på havbunnen. En variant av dette er å spre olivin langs strender (Schuiling & de Boer 2011); olivin forvitrer, frigjør mineralske komponenter som binder seg med CO 2 og danner karbonat. Er testet på strender i Nederland. Algeproduksjon (mange muligheter). Flere av løsninger vil innvirker på biologiske prosesser i havet, med mulighet for utilsiktede bivirkninger. Div. mineralogisk materiale CO 2 Gruvedrift in Oliv CO 2 Karbonat

En annen mulighet er INDUSTRIELL fangst av CO 2 • Kontrollert deponering av CO 2 -holdig mineralogisk materiale integrert med produksjon av verdifulle mineralske produkter • Må være industrielt attraktivt • Krav om lønnsomhet • Prosessen må være rask • Salg av produkter • CO 2 -håndteringen INNTEKTER FORTJENESTE • Samlede utgifter UTGIFTER Verdifulle produkter Industrielle prosesser Kontrollert deponering av CO 2– holdig mineralogisk materiale

BETYDELIG POTENSIAL FOR VERDISKAPING VED INTEGRERTE INDUSTRIELLE LØSNINGER Konvensjonell prosessindustri Produserer CO 2 som avfall • Gass, kull, elektrisk kraft (vannkraft) • Mineraler PROSESSINDUSTRI Verdiskaping VERDIFULLE PRODUKTER CO 2 -basert Konvensjonell GRUVEDRIFT F. eks. Jernmalm: CO 2 Fe 3 O 4. (magnetitt) CO 2 Fe 3 O 4 + C Fe + CO 2 Olivin + CO 2 Karbonat + verdifulle produkter KREVER NYE LØSNINGER VERDIFULLE PRODUKTER Mineraler fra gruvedrift CO 2 - og mineralbasert prosessindustri HOVEDTEMA I DETTE FOREDRAGET CO 2–holdig mineralogisk materiale for deponi

KREC Kjeøy Research and Education Center (KREC) Et nedlagt fiskemottak, ombygget mht diverse geologisk forskning, Vestbygd i Lødingen kommune, www. kjeoy. no Lofoten Dr. Ingar Walder Ph. D i geokjemi fra New Mexico Tech (USA). KJEØY Laboratorieeksperimenter 2010 -2011 Kjeøy Har testet idekonsept for oppløsning av mineraler i karbonsyre ved atmosfærisk trykk og temperatur Dr. Richard Bialecki Ph. D i fysikk fra Imperial Collage London, nå konsulent (London) Prosjekt 2010 -2011 Støttet av Nordland fylkeskommune, Innovasjon Norge og NGU

H 2 O + CO 2 1. OPPLØSNING 2. UTFELLING OG SEPARASJON . MINERAL . - Karbonsyre - p. H 4. 0 -4. 5 - T 15 -20 o. C • Få så mye som mulig av bestanddelene i løsning • Binde CO 2 som bikarbonat (vannløselig) (1) Oppløsning av olivin i karbonsyre (Mg, Fe, Ni)2 Si. O 4 (olivin) + CO 2 + H 2 O Mg- + Fe- + Ni- + OH- + H 4 Si. O 4 + HCO 3 - (bikarbonat) (2 ) Utfelling av mineralogiske bestanddeler, binding av CO 2 mineralogisk som karbonat, og anrikning av verdifulle komponenter til salgbare produkter Mg- + Fe- + OH- + Ni- + H 4 Si. O 4 + HCO 3 - (Mg, Fe)CO 3 (karbonat) + Si. O 2 + Ni + H 2 O (vann) • CO 2 bundet som stabilt mineralogisk materiale • Kontrollert deponering Verdifulle produkter for salg

H 2 O + CO 2 1. OPPLØSNING 2. UTFELLING OG SEPARASJON . MINERAL . - Karbonsyre - p. H 4. 0 -4. 5 - T 15 -20 o. C Mg, Fe, Ni I PRAKSIS • Mg, Fe og Ni går i løsning Si. O 2 (silika) anriket Olivin omvandlingssone (Mg, Fe, Ni)2 Si. O 4 • Si. O 2 anrikes i kornoverflaten og danner et impermeabelt lag som stopper den videre reaksjonen • DEN IMPERMEABLE RANDSONEN MÅ FJERNES LIKE FORT SOM DEN DANNES FE-SEM bilde (Mc. Kelvy et al. 2003)

ENERGI-PULS TEKNOLOGI ER NØKKELEN TIL Å FÅ OPPLØSNINGEN AV MINERALER I KARBONSYRE TIL Å SKJE RASKT VED ATMOSFÆRISKE BETINGELSER

Grunnprinsipp Utnytte den kjemiske prosessens evne til å reagere raskt ved å tilføre EKSTREMT KRAFTIG PULSERT ENERGI PULSERT energitilførsel Energi- Denne teknologien kan benyttes for: (1) Knusing av stein mht effektiv friknusing av mineralene. (ikke tema i dette foredraget) (2) Oppnå rask oppløsning av mineraler i karbonsyre DETTE FOREDRAGET intensitet KONVENSJONELL mekanisk energitilførsel Tid.

• Kontinuerlig abrasjon av mineralkornene • fjerner impermeabelt Si. O 2 -anriket reaksjonsmateriale • slik at frisk olivin kommer i kontakt med karbonsyre Bruk av ekstremt kraftige energi pulser (ekstremt kraftig ultralyd) for omrøring og abrasjon • og oppløsningsprosessen fortsetter Olivin (Mg, Fe)2 Si. O 4 …. i vandig løsning (karbonsyre) Vann er et ypperlig medium for pulsert energi - Karbonsyre - p. H 4. 0 -4. 5 - T 15 -20 o. C

H 2 O + CO 2 1. OPPLØSNING. 2. UTFELLING OG SEPARASJON. MINERAL Nærbilde av kjemisk utfelte mineralpartikler som svever rundt i vannet Foto tatt i motlys gjør at hvite partikler blir mørke Mineralpartikler på bunnen av beholderen etter utfelling

H 2 O + CO 2 1. OPPLØSNING 2. UTFELLING OG SEPARASJON . . MINERAL Delvis omvandlet olivinkorn Reaksjonsprodukter (grå) innstøpt i epoxy (sort) Video Olivin Randsone med omvandlet mineralogisk materiale

Olivin Ekstremt finkornet mineralogisk materiale (reaksjonsprodukter, grå farge) innstøpt i epoxy (sort) (Mg, Fe, Ca, Ni)2 Si 4 Oppsprekking i randen av olivinkorn Inneholder Si. O 2 , Mg. CO 3 o. a. aks Re nd sra jon Olivinkorn 0. 01 mm (10 µm)

Det enkleste først Kalkspatmarmor • 80 -90 % verdifull kalkspat (Ca. CO 3) • 10 -20 % andre mineraler Renset karbonat produkt Verdi skaping Gruve produksjon

Grafitt Kvarts Kalkspatmarmor • Inneslutninger av andre mineraler i kalkspat; disse må fjernes for å skape et verdifullt kalkspat produkt. • Kalkspat kan løses i karbonsyre mens de øvrige mineralene ikke løses. • Gir mulighet for selektiv oppløsning av kalkspat og utfelling som et renset produkt. Produkt H 2 O + CO 2 1. OPPLØSNING. Kalkspatmarmor Kalkspat 2. UTFELLING OG SEPARASJON.

Selektiv oppløsning av kalsiumkarbonat og utfelling som et renset produkt • CO 2 er i dette tilfellet kun reagens i en tenkt industriell prosess • Ingen CO 2 nettoeffekt • Metoden bør kunne gi grunnlag for ny industriell utvikling • Svært store mineralressurser; en rekke kjente forekomster kan være egnet CO 2 fra industriell kilde Kalkspatmarmor fra gruvedrift CO 2 Verdien av renset kalsiumkarbonat INNTEKTER FORTJENESTE UTGIFTER Verdifullt produkt av renset kalkspat (PCC) • Selektiv oppløsning av kalkspat i karbonsyre • Utfelling som høyrent produkt Relativt lite mineralogisk materiale for deponi

Når formålet er å binde mest mulig CO 2

Når formålet er å binde mest mulig CO 2 • Mineralet OLIVIN (bergarten dunitt; andre bergarter er også aktuelle) • 1000 kg olivin kan binde ca. 400 kg CO 2 • CO 2 + (Mg, Fe, Ni)2 Si. O 4 (olivin) (Mg, Fe)CO 3 (karbonat) + Si. O 2 + Ni • Svært store mineralressurser; en rekke kjente forekomster kan være egnet. Verdien av mineralproduktene Verdien av CO 2 -håndteringen CO 2 fra industriell kilde INNTEKTER FORTJENESTE UTGIFTER CO 2 VERDIFULLE PRODUKTER Olivin fra gruvedrift Industriell prosess for oppløsning av olivin i karbonsyre Relativt mye mineralogisk materiale for deponi • CO 2–holdig mineralogisk materiale • Annet ikke salgbart mineralogisk materiale

Metodikken kan videreutvikles mht en rekke typer av mineralske ressurser Kalkspatmarmor FELLES BASIS TEKNOLOGI Olivin /ultramafiske bergarter Anortositt Andre bergarter • Felles basisteknologi • Ulike tilpasninger for ulike mineraler og bergarter

Behov for TEKNOLOGIUTVIKLING Mht mineralogisk CO 2 -håndtering basert på karbonsyreoppløsning av visse bergarter og mineraler DAGENES NIVÅ i utviklingen Kostnadsnivået må ned Teknologisk mulig men ikke lønnsomt NØDVENDIG VIDERE UTVIKLING Indikativ nivå for industriell gjennomførbarhet INDUSTRIELT REALISERBAR Ikke teknologisk mulig Fo. U-innsatsen må økes

OPPSUMMERING av noen ulike potensielle metoder for mineralogisk CO 2 -fangst • Industrielt, kombinert med produksjon av verdifulle produkter og kontrollert deponering av CO 2 -holdig mineralogisk materiale. Vil neppe kunne få signifikant betydning mht globalt CO 2 -regnskap, men kan gi stor industriell verdiskaping. INNTEKTER • Salg av produkter • CO 2 -håndteringen • Samlede utgifter FORTJENESTE UTGIFTER "Supergreen" energiproduksjon; utvinne varme ved oppløsning av olivin (eksotermisk reaksjon) som del av prosessen med industriell mineralogisk CO 2 -fangst. • Ulike former for ”geo-engineering”; i dette tilfellet tiltak som benytter naturens egne prosesser; egnet mineralogisk materiale tilføres havet og binder etter hvert CO 2 fra havvannet, og ender etter hvert opp som stabilt karbonat på havbunnen. • Påvirker biologiske prosesser STORT FOU-BEHOV

VISJON 100 Integrert mineralbasert industriell utvikling med mineralogisk CO 2 -håndtering FABELAKTIGE MULIGHETER FOR CO 2 -MINERAL VERDISKAPING • Har tilstrekkelige mineralressurser En rekke egnede mineralske råvarer er tilgjengelig fra gruver i produksjon og fra kjente forekomster som enda ikke er i drift • Har tilstrekkelige energiressurser Vannkraft, gass/LNG, kull Behov for koordinert utvikling • Har i hovedsak tilstrekkelig teknologisk og industriell kompetanse STØRSTE UTFORDRINGER • SAMFUNNSAKSEPT og behov for insentiver rettet mot denne type industriell utvikling • TEKNOLOGI, PROSESSUTVIKLING • Utvikle miljøakseptable DEPONERINGSLØSNINGER for CO 2 -holdig mineralogisk materiale

VISJON 100 ……. kan bli mulig, men krever • Samfunnsaksept • Langsiktig og helhetlig tenkning Olje og Gass VERDI skaping • El. kraft • Kull CO 2 • Politiske grep PROSESS industri GRUVEDRIFT 2010 2020 2030 2040 Kontrollert deponering av CO 2 -mineraler (karbonater)