Peridotiet: het gesteente dat CO2 kan opeten
Peridotiet is op het eerste gezicht een saai, groengrijs gesteente. Toch staat het de laatste jaren volop in de belangstelling van klimaatwetenschappers en start-ups, omdat het iets bijzonders kan: het reageert vanzelf met kooldioxide (CO2) en zet dat gas om in vast gesteente. Waar de meeste rotsen miljoenen jaren nauwelijks veranderen, kan peridotiet in relatief korte tijd CO2 uit de lucht of uit water "opeten" en voorgoed opsluiten in mineralen.
Vergelijk het met roest. Als je een stalen spijker buiten in de regen legt, reageert het ijzer langzaam met zuurstof en water tot roest — een nieuw, stabieler mineraal. Peridotiet doet iets vergelijkbaars met CO2: het reageert ermee tot harde carbonaatmineralen, zoals de stof die ook in kalksteen zit. Onderzoekers en bedrijven proberen dit natuurlijke "roestproces" te versnellen om grote hoeveelheden CO2 permanent uit de atmosfeer te halen.
Wat is het precies?
Peridotiet is een zogeheten ultramafisch gesteente: het bestaat vrijwel geheel uit mineralen die rijk zijn aan magnesium en ijzer, vooral olivijn en pyroxeen. Dit type gesteente vormt normaal gesproken de aardmantel, de dikke laag onder de aardkorst waar wij nooit direct bij kunnen. Op een paar plekken op aarde is stukken mantelgesteente echter naar de oppervlakte geduwd door platentektoniek, de langzame beweging van de aardplaten. Zo'n opgetild stuk oceaanbodem-plus-mantel heet een ofioliet.
Het bekendste voorbeeld is de Samail-ofioliet in Oman, een van de grootste en best bewaarde blootgelegde mantelgesteenten ter wereld. Hier ligt kilometersdik peridotiet gewoon aan het oppervlak, zichtbaar in bergketens en woestijnvalleien.
Het mineraal olivijn in peridotiet reageert met water en CO2 in een reeks chemische reacties die samen carbonatatie of mineralisatie worden genoemd. Het eindresultaat is dat koolstof, dat als gas in de lucht zweeft, wordt vastgelegd in vaste carbonaatmineralen zoals magnesiet en calciet. Deze mineralen zijn stabiel: eenmaal gevormd, blijft de CO2 er praktisch voor altijd in opgesloten, zonder kans op ontsnappen, in tegenstelling tot bijvoorbeeld CO2 die als gas in lege gasvelden wordt gepompt.
Wat peridotiet bijzonder maakt, is de snelheid. Onder normale omstandigheden verloopt gesteenteverwering — het langzaam afbrokkelen en chemisch reageren van rots met lucht en water — over duizenden tot miljoenen jaren. In het peridotiet van Oman is deze reactie echter opvallend snel gemeten: onderzoekers troffen ondergrondse waters aan die al binnen enkele decennia tot enkele jaren verzadigd raken met opgeloste mineralen, en zagen aders van vers gevormd carbonaatgesteente die aantonen dat het proces daar van nature al tienduizenden jaren actief is. Dat heeft de aandacht getrokken van wetenschappers die zoeken naar manieren om CO2 blijvend op te bergen.
Wat wil men ermee bereiken?
Het doel is simpel te omschrijven, ook al is het lastig uit te voeren: de mensheid stoot veel meer CO2 uit dan de natuur op korte termijn kan opruimen, en het broeikaseffect dat daardoor ontstaat, warmt de aarde op. Naast het drastisch terugdringen van uitstoot, kijken wetenschappers ook naar manieren om CO2 die al in de lucht zit, actief te verwijderen en permanent op te slaan. Dat heet negatieve emissies of CO2-verwijdering (carbon dioxide removal, CDR).
Peridotiet is voor dit doel aantrekkelijk om een paar redenen. Ten eerste is het proces van nature al bewezen: de aarde doet dit al miljoenen jaren, alleen te langzaam om verschil te maken op de tijdschaal van de huidige klimaatcrisis. Ten tweede is de opslag extreem stabiel: als CO2 eenmaal in een carbonaatmineraal zit, is het chemisch vergelijkbaar met kalksteen en verdwijnt het niet meer terug de lucht in, in tegenstelling tot bijvoorbeeld bomen planten (die weer kunnen afbranden) of CO2-opslag in lege olie- en gasvelden (waar lekkage een risico blijft). Ten derde is er wereldwijd relatief veel peridotiet en vergelijkbaar mantelgesteente beschikbaar, al is lang niet al dat gesteente even goed bereikbaar of geschikt.
De ambitie van bedrijven en onderzoekers in dit veld is om het natuurlijke mineralisatieproces te versnellen — bijvoorbeeld door CO2-rijk water in het gesteente te pompen, of door het gesteente te vermalen zodat het meer oppervlak heeft om mee te reageren — zodat het binnen maanden tot jaren gebeurt in plaats van eeuwen.
Voorbeelden uit de praktijk
In Oman injecteert het bedrijf 44.01, opgericht in 2021 door de Emiratische ondernemer Talal Hasan, CO2 samen met water in ondergronds peridotiet om de natuurlijke mineralisatie te versnellen. Het bedrijf won in 2022 de Earthshot Prize in de categorie "Fix our climate", een prijs die is ingesteld door Prins William om veelbelovende klimaatoplossingen te ondersteunen.
Wetenschappelijk voorwerk hiervoor kwam onder meer van de Amerikaanse geoloog Peter Kelemen van het Lamont-Doherty Earth Observatory (onderdeel van Columbia University), die samen met collega's als Juergen (Jürg) Matter al sinds begin jaren 2000 onderzoek doet naar de snelle carbonatatie van peridotiet in Oman. Hun werk legde de wetenschappelijke basis waarop latere bedrijven konden voortbouwen.
Tussen 2016 en 2018 liep het internationale Oman Drilling Project, waarbij onderzoeksteams diepe boorkernen namen uit de Samail-ofioliet om het gesteente en de mineralisatieprocessen in detail te bestuderen. Dit project leverde belangrijke gegevens op over hoe snel en op welke diepte de reacties plaatsvinden.
Een verwant, maar net iets ander idee komt van de non-profitorganisatie Project Vesta, die experimenteert met het uitspreiden van fijngemalen olivijn (het hoofdmineraal van peridotiet) op stranden. Golfslag en zeewater zouden het verweringsproces moeten versnellen, met als bijkomend effect dat de verwering ook de verzuring van zeewater lokaal kan tegengaan.
Ter vergelijking: in IJsland injecteert het project CarbFix CO2 niet in peridotiet maar in basalt, een ander, veel algemener voorkomend gesteente met vergelijkbare mineraalchemie. Het CarbFix-project heeft laten zien dat CO2 binnen ongeveer twee jaar grotendeels tot vaste mineralen kan reageren wanneer het wordt opgelost in water en ondergronds geïnjecteerd — een resultaat dat vertrouwen geeft in het bredere idee van versnelde mineralisatie, ook al gaat het daar om een ander gesteentetype.
Hoe ver is de techniek?
Peridotietmineralisatie bevindt zich nog in een vroege, experimentele fase. Er zijn pilotinjecties uitgevoerd, met name in Oman, waarbij relatief kleine hoeveelheden CO2 (in de orde van honderden tot enkele duizenden tonnen per jaar bij de eerste projecten) ondergronds worden gebracht. Dat is nog ver verwijderd van de miljoenen tonnen die nodig zouden zijn om echt een deuk te slaan in de wereldwijde uitstoot, die jaarlijks in de tientallen miljarden tonnen loopt.
De belangrijkste technische vraag is niet zozeer óf het proces werkt — dat de chemie klopt, staat vast en is in de natuur en in laboratoria aangetoond — maar hoe snel en hoe goedkoop het op grote schaal kan. Injecteren van water en CO2 op de juiste diepte, druk en temperatuur kost energie en infrastructuur, en niet elk stuk peridotiet reageert even snel.
Een ander obstakel is meten en verifiëren: om CO2-verwijdering te kunnen verkopen als klimaatcompensatie of te laten meetellen in klimaatbeleid, moet je met zekerheid kunnen aantonen hoeveel CO2 daadwerkelijk is omgezet in mineraal, diep onder de grond, waar je niet zomaar kunt kijken. Wetenschappers gebruiken hiervoor onder meer boorkernen, chemische tracers en modellen, maar dit soort monitoring is kostbaar en nog volop in ontwikkeling.
Ook is nog niet volledig uitgekristalliseerd wat de milieueffecten op langere termijn en grotere schaal zijn, bijvoorbeeld voor grondwater in de injectiegebieden. Kortom: de wetenschap is overtuigend, maar de weg naar een bewezen, betaalbare en goed gecontroleerde industrie van miljoenen tonnen per jaar is nog lang.
Wie werken eraan?
Oman speelt een sleutelrol, simpelweg omdat het land over een van de grootste en toegankelijkste peridotietformaties ter wereld beschikt. Het bedrijf 44.01, met activiteiten in Oman en hoofdkantoor in de Verenigde Arabische Emiraten, is een van de meest zichtbare commerciële spelers in dit specifieke veld.
Op wetenschappelijk vlak is het Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University (Verenigde Staten) een van de toonaangevende instituten, met onderzoekers als Peter Kelemen die decennialang veldwerk in Oman hebben verricht. Ook Nederlandse en Europese universiteiten met sterke aardwetenschappen-afdelingen volgen en publiceren over dit onderzoeksveld, al is het geen exclusief Nederlandse specialisatie.
Het bredere onderzoeksveld van versnelde mineraalverwering en -carbonatatie trekt daarnaast partijen aan als Project Vesta (kustverwering met olivijn) en het IJslandse CarbFix-consortium (basaltinjectie), die weliswaar met ander gesteente werken maar dezelfde onderliggende chemie benutten en vaak met elkaar samenwerken of van elkaars resultaten leren. Internationale onderzoeksprogramma's zoals het Oman Drilling Project worden gefinancierd en uitgevoerd door consortia van universiteiten en onderzoeksfondsen uit meerdere landen.