Deze steen eet CO2. Klimaatprobleem opgelost?

Siim Sepp (CC 3.0)

De wormen zijn cruciaal.’ Op zijn tenen tuurt Filip Meysman van de Universiteit Antwerpen in een blauwe bak van een kubieke meter groot waarin permanent zeewater circuleert. De bodem is bedekt met een vingerdikke laag uit de Noordzee getransplanteerde zeebodem.

De bodem is een golvend zandlandschap met glooiende bulten en ondiepe dalen. Zoals kruistekens de bergtoppen in de Alpen markeren, zijn de toppen van de kleine, afgeronde heuvels bedekt met zacht borrelende pierenhoopjes.

In het Mariene Station van Oostende staan zes zulke containers naast elkaar, met elk een andere samenstelling. In de ene woelen wadwormen de bodem om, in de andere niet. De ene is een exacte replica van de zeebodem, in nog een andere werd het water verrijkt met gemalen olivijn, een groen mineraal waaruit het grootste deel van de aardmantel is opgebouwd en dat door platentektoniek aan de oppervlakte komt in landen als Oman, Marokko, Noorwegen en Guinee.

Olivijn is een steen die CO2 eet en is de kern van dit onderzoeksproject.

Samen vormen de bakken de eerste Europese proefopstelling rond ‘versnelde verwering’ of ‘enhanced weathering’ zoals het in het wetenschappelijke jargon heet. Het idee is eenvoudig.

Een ton olivijn capteert evenveel CO2 en doet dit voor een steen behoorlijk snel. In plaats van honderdduizend jaar heeft olivijn een duizendtal jaar nodig om de klus te klaren.

De aarde kent drie natuurlijke systemen om CO2 uit de lucht te halen en om te vormen of te stockeren. Bomen en planten doen aan fotosynthese, de oceanen lossen CO2 op, maar ook stenen halen tijdens het verweren koolstof uit de lucht. In alle kalkmassieven zit een miljoen maal meer CO2 opgeslagen dan in de zeeën, atmosfeer en biosfeer samen.

Olivijn blijkt een meester in het omzetten van koolstof in bicarbonaatoplossingen die via regen en rivieren naar de oceaanbodem spoelen en daar als kalksteen of dolomiet een gebunkerde voorraadschuur van CO2 vormen. Een ton olivijn capteert een ton CO2 en doet dit voor een steen behoorlijk snel. In plaats van honderdduizend jaar heeft olivijn een duizendtal jaar nodig om de klus te klaren.

Een miljoen keer sneller

De onderzoeksgroep Ecosysteembeheer van de Antwerpse universiteit wil nu uittesten of en hoe ze dit proces kan versnellen. Niet verdubbelen of vervijfvoudigen, maar met een miljoen keer. Onder andere door het mineraal te vermalen. Niet als vrijbrief voor onbeperkte CO2-uitstoot, maar om te compenseren wat we nu al te veel hebben uitgestoten om de temperatuurstijging te beperken tot 1,5 graad. In die zin kadert het in het rijtje van negatieve emissietechnieken die ontwikkeld en afgetoetst worden.

Update 26 juli 2021

Ondertussen blijkt het vermalen van het gesteente als negatieve-emissietechnologie veel potentieel te hebben. Dat laten UA-onderzoekers Ivan Janssens en Sara Vicca in een persbericht weten. Beiden maken deel uit van het internationale team dat de mogelijkheden van deze technologie onderzoekt.

‘We zagen een aanzienlijke verwijdering van CO2, tot 2,5 miljard ton CO2 per jaar, waarvan ongeveer 50% was toe te schrijven aan de reactie van de biosfeer (planten en bodem) op steenmeeltoevoeging’, aldus Ivan Janssens.

Nog opvallend: ‘De grootste CO2-verwijdering werd gevonden in regio’s die beschouwd werden als ongeschikt voor steenmeeltoevoeging. Daarmee is het wereldwijde potentieel aanzienlijk groter dan eerder werd gesuggereerd.’

Verder onderzoek blijft noodzakelijk, benadrukken ze verder, onder meer om ‘eventuele neveneffecten tijdig te kunnen detecteren’. De resultaten van het onderzoek verschijnen in het toonaangevende tijdschrift Nature Geoscience.

Omgekeerde geo-engineering, noemt Meysman het. Wat we grootschalig in de lucht loosden, zullen we er even grootschalig weer moeten uithalen.

‘We weten dat het werkt’, vertelt Meysman terwijl hij zijn handen afdroogt. ‘Dat hebben klimaatveranderingen in het verleden geleerd. Het is een onderdeel van de natuurlijke koolstofcyclus die wij met het massaal opstoken van fossiele brandstoffen hebben verstoord. Miljoenen jaren geleden is India losgekomen van Afrika, is tegen Azië gebotst, de Himalaya is gevormd waarbij een gigantische hoeveelheid silicaten zijn blootgelegd. Tijdens hun verwering hebben ze CO2 uit de lucht gehaald, waardoor het globaal afkoelde en zo’n dertig miljoen jaar geleden de ijskap op Antarctica zich vormde.’

Omgekeerde geo-engineering, noemt Meysman het. Wat we grootschalig in de lucht loosden, zullen we er even grootschalig weer moeten uithalen.

‘Uiteindelijk zullen silicaten het overschot aan CO2 dat wij nu in de atmosfeer pompen er weer uithalen. Alleen duurt dat een paar duizend jaar. De vraag is: kunnen we dat principe versnellen door massaal olivijn uit te strooien op stranden, in bossen, op akkers? Kunnen we dit met een minimaal energieverbruik? Hoe minder fijn je olivijn moet verpulveren, hoe minder energie nodig.’

‘En vooral: lukt dat zonder schade te berokkenen aan ecosystemen die we hard nodig hebben om de biodiversiteit te herstellen en de nu al onherroepelijke gevolgen van klimaatverandering op te vangen?’

Overal olivijn!

Zeven jaar geleden was het een wild idee dat Meysman oppikte van de Nederlandse geoloog Olaf Schuiling die jarenlang de eigenschappen van olivijn onderzocht, een steen die hij zelf eerder sprookjesachtig dan wetenschappelijk ‘de steen der wijzen’ noemde.

In 2017 publiceerde Schuiling een fascinerend boekje met net die titel waarin hij zijn eigen studies bundelde naar de schijnbaar onuitputtelijke mogelijkheden van olivijn om onze overproductie aan CO2 te bufferen. Schuiling pleit er onder andere voor olivijn te verwerken in alles wat we verslepen, bouwen en omploegen.

‘Laat de aarde ons helpen om de aarde te redden’, schreef hij en hij zette experimenten op om olivijn te verwerken in de aanleg van fietspaden, groendaken, dijken, sportterreinen, om het te gebruiken in ventilatiesystemen van gebouwen en als bodemverbeteraar binnen de landbouw. Als mensen hem vroegen welk technologisch hoogstandje dit vereiste, dan haalde Schuiling een foto van De zaaier van Van Gogh boven en legde die voor zich. ‘Dit’, antwoordde hij terwijl hij met zijn vinger op de foto tikte, ‘is mijn techniek.’

Als mensen hem vroegen welk technologisch hoogstandje dit vereiste, dan haalde Schuiling een foto van De zaaier van Van Gogh boven.

‘Hij is een geniaal man, maar sociaal ongeduldig’, vertelt Meysman. In 2011 stelde Schuiling Meysman voor om na te gaan wat het effect is van olivijn in mariene omgevingen. ‘Experimenten in de landbouw zagen er goed uit. Alleen vergde dat erg fijn gemalen korrels en dus meer energie. In en langs zeeën kan je de kracht van de golfslag benutten om de korrels fijn te schuren en kan je met grover steenpuin werken.’

‘Ik was geïntrigeerd en schraapte wat geld bij elkaar. We hebben er ondertussen zeven jaar labonderzoek op zitten. We kennen de resultaten in erlenmeyers — kegelvormige laboflessen — met steriel zeewater. Die zien er veelbelovend uit, maar dat is natuurlijk niet vergelijkbaar met een natuurlijk ecosysteem waar micro-organismen het proces kunnen versnellen of vertragen of er schade van ondervinden. Dat willen we hier uitpluizen.’

Aan olivijn geen gebrek, vermeldt Schuiling ook nog. ‘Er is duizendmaal meer olivijn beschikbaar dan we ooit nodig zullen hebben.’ Op elk continent ligt er een olivijnmassief dat we kunnen ontginnen. Ja, onderstreept Schuiling, daarvoor zullen we olivijnmijnen moeten openen, maar ook dat berekende hij: om een nieuwe balans tussen emissie en afvang te bereiken zou 25 miljard ton olivijn per jaar nodig zijn. ‘Dat komt neer op een volume van iets meer dan 7 kubieke kilometer.’

Niet klein. Maar niet gigantischer dan de huidige mijnbouw. Bovendien wijst Schuiling erop dat alleen al in Turkije een miljoen ton gemalen olivijn op een hoop ligt als restproduct van de chromietontginning.

‘Waar wachten we op?’, vraagt hij zich in zijn boek af.

CC Tine Hens (CC BY-NC 2.0)

Geen wondermiddel

Voor het onderzoek in Oostende werkt Meysman met overschotten uit de glasindustrie waar olivijn gebruikt wordt om te zandstralen. Maar hij hoopt ook de verweersnelheid van andere industriële bijproducten of nevenstromen van de mijnbouw te testen. Niet alleen om het mijnen van nieuwe mineralen te vermijden, ook omdat olivijn veel nikkel bevat. ‘We weten nog niet wat daarvan het effect of nadeel is.’

Op termijn komen er in Oostende een twintigtal proefbakken waarin verschillende Europese universiteiten zullen experimenteren met andere silicaten. Meysman denkt bijvoorbeeld aan kimberliet, dat als gruis overblijft na het delven van diamanten. ‘Een diamant levert al snel een kubieke meter verpulverd kimberliet op. Zuid-Afrika zit op bergen ongebruikt kimberliet.’

“In Canada, wordt de opgevangen CO2 in een olieveld geïnjecteerd om de olieproductie te bevorderen. Dat is nogal contraproductief.”

‘Maar’, laat hij niet na te benadrukken, ‘iedere denkbare techniek om CO2 uit de lucht te halen en op te bergen, heeft nadelen, zowel de technologische als de natuurlijke. Carbon Capture and Storage (CCS), waarbij je CO2 afvangt en via een chemisch proces uit rookgassen filtert, is zo energie-intensief dat je een derde meer warmte nodig hebt. Bovendien betekent het voor bedrijven enkel een kost.’

‘Op dit moment zijn er twee werkbare experimenten. Bij de ene draait een gascentrale om de CCS van de kolencentrale aan te drijven; bij de andere, in Canada, wordt de opgevangen CO2 in een olieveld geïnjecteerd om de olieproductie te bevorderen. Dat is nogal contraproductief.’

‘Bossen, de meest natuurlijke koolstofvangers, kunnen afbranden waardoor je opslagplaats verandert in een bron van CO2. Er zijn ook experimenten gedaan met het bemesten van de oceaan met ijzer om de groei van algen en zo de fotosynthese te stimuleren. Die zijn op weinig bemoedigende resultaten uitgedraaid.’

‘Dan heb je het idee van BECCS, bio-energie met koolstofafvang. Je plant snelgroeiende gewassen aan zoals populieren, wilgen of olifantengras, waarmee je een energiecentrale voedt waarvan je de CO2 capteert. Ten eerste is die zogenaamde geologische opslag niet altijd gegarandeerd en ten tweede staat je grondgebruik in concurrentie met je voedselproductie.’

‘Om maar te zeggen: er bestaat geen toveroplossing. Iedere negatieve emissietechnologie is een noodgreep.’

Stranden die CO2 vangen

Met het dreunende geronk van de waterpompen op de achtergrond legt Meysman minutieus uit dat om de doelstellingen van het klimaatakkoord van Parijs te halen we ten eerste moeten stoppen met het verbranden van fossiele brandstoffen. Dat is de voorwaarde voor het uitrollen van om het even welke negatieve emissietechniek.

‘Negentig procent van de uitstoot kunnen we afbouwen door energie te besparen en te investeren in hernieuwbare energie, andere mobiliteit en duurzame landbouwtechnieken. Dat laatste vormt een ander luik van dit onderzoek. We weten dat olivijn de bodem verbetert. Het wordt nu al gebruikt in Brazilië en Maleisië. Wat als boeren niet alleen producenten van voedsel, maar ook beheerders worden van CO2, waarbij ze de bodem zo herstellen dat de capaciteit vergroot om CO2 op te nemen en vast te houden?’

‘Iedere negatieve-emissietechniek kan enkel werken als hij even grootschalig wordt uitgerold als de huidige omvang van onze CO2-productie.’

Hij gaat verder: ‘Daarnaast zijn er industriële processen, maar ook de luchtvaart en scheepvaart waar de uitfasering van fossiele brandstoffen trager zal verlopen. Die uitstoot zullen we moeten afvangen en opbergen, net zoals we de historische uitstoot zullen moeten compenseren. Opnieuw, wie daarvoor hoopt op de gouden techniek, moet ik ontgoochelen. We zullen het allemaal moeten doen. Ook al omdat iedere negatieve-emissietechniek enkel kan werken als hij even grootschalig wordt uitgerold als de huidige omvang van onze CO2-productie.’

‘Neem nu olivijn. Een beetje olivijn strooien, zal geen zoden aan de dijk brengen. Als ‘enhanced weathering’ verantwoord en doenbaar blijkt, dan zullen we het massaal moeten inzetten in alle sectoren die nu al massaal zijn. Ik denk aan de bosbouw, de landbouw, aan CO2-capterende stranden, waarbij we iedere hectare met een ton olivijn verrijken om zo evenveel CO2 vast te leggen, of scheikundig uitgedrukt: te sekwestreren.’

Pierenhoopjes tellen

CC Tine Hens (CC BY-NC 2.0)

Op de tafel voor de zes tanks labelt onderzoekster Laurine Bundorf de plastic flesjes die ze met water uit de verschillende bakken vulde. Iedere dinsdag en woensdag wordt gemeten wat het blote oog niet ziet. Zuurtegraad en bicarbonaat. Het zijn de indicatoren van CO2-opslag. ‘CO2 lost op in water en zorgt voor verzuring. Hoe hoger de zuurtegraad of pH-waarde, hoe minder CO2 en dus hoe meer er werd opgeborgen in bicarbonaat dat zich verzamelt en opstapelt op de bodem.’

Wekelijks worden ook de pierenhoopjes geteld. Na drie maanden tellen en meten wordt stilaan duidelijk wat men min of meer verwacht had: de wormen spelen een bepalende rol. ‘Ze woelen de boel om. Een keer per maand verdwijnt het sediment door de maag, waardoor het een enzymebehandeling krijgt. Waarschijnlijk versnelt dat de verwering van olivijn en het hele opnameproces. Vermoedelijk zal het zo zijn dat hoe intacter je ecosysteem is, hoe sneller en efficiënter de CO2-omzetting.’

“Vermoedelijk zal het zo zijn dat hoe intacter je ecosysteem is, hoe sneller en efficiënter de CO2-omzetting.”

Wat het lab toont, zal ook in de werkelijke wereld getest worden. Op het groenste strand van de planeet, een olivijnstrand in Hawaii. ‘Daar spoelt verse olivijn in de oceaan. We willen weten wat het effect is op de huidige verzuring, op het afsterven van koralen.’ Eens die kennis is opgebouwd en vergaard, komt de ultieme test.

Is het mogelijk olivijn grootschalig en vooral snel in te zetten voor CO2-captatie?

‘In 2030 moeten er demoprojecten zijn’, stelt Meysman. ‘Vanaf 2035 moet je voluit kunnen gaan. Je wilt niet dat er cowboys van alles uitproberen. Je wilt die cowboys voorblijven. Zeker omdat alles erop wijst dat hoe minder je ecosystemen verstoort, hoe groter het mogelijke effect van olivijn.’

Thuis blader ik nog even in het boekje van Schuiling. Ik ben verbluft door de stortvloed aan oplossingen die hij formuleert. Overal olivijn, lijkt deze ondertussen 87-jarige geoloog uit te schreeuwen. In de flap van het kaft zit een zakje verborgen met vergruisd olivijn. ‘CO2 opruimen? Zand strooien!’ staat erop.

Weerbarstige geesten

Kan het echt zo simpel zijn?

Ik zoek nog wat verder op olivijn en bots op de proefvelden die de Britse plantkundige David Beerling beschrijft, van wouden in New Hampshire tot suikerrietplantages in Mauritius, waar gul gestrooid olivijn enerzijds de effecten van zure regen opving en anderzijds de oogst verhoogde. Ook Beerling woog de potentie van olivijn af en schat die in als ‘significant.’

‘Vernuft laat zich niet verengen tot zuiver technologische hoogstandjes. Het zit even vaak in het diep doorgronden van de natuurlijke processen om ons heen.’

‘Waarom de ideeën van Schuiling niet eerder zijn opgepikt?’ vraag ik per mail nog aan Meysman. Een paar uur later antwoordt hij.

‘In zijn boekje staan een aantal geweldige ideeën, die hem lang gaan overleven…’

Ik schud mijn zakje olivijn uit in de bak vol aardbeien op het balkon. In mijn hoofd wikkelen zich ondertussen ongenadig de cijfers af. Per jaar stoten we wereldwijd 30 miljard ton CO2 uit. De verhouding tussen CO2 en olivijn is 1 op 1. Om een ton CO2 af te tappen, heb je dezelfde hoeveelheid olivijn nodig. Dan weet je dat je met een zakje van 17 gram geen deuk in het pak boter van de klimaatcrisis slaat.

Maar evengoed zijn de groenige stipjes aan de voeten van mijn aardbeienplanten een minimale ode aan de weerbarstige geesten die we zo hard nodig hebben.

Omdat vernuft zich niet laat verengen tot zuiver technologische hoogstandjes. Het zit even vaak in het diep doorgronden van de natuurlijke processen om ons heen.