John Ekkelboom
Wereldwijd worden er jaarlijks vele miljoenen tonnen havenslib gebaggerd. Bij dit proces komt CO2 vrij door machines en door oxidatie van het gebaggerde sediment. Het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) en de Universiteit Utrecht bestuderen samen met kennisinstituten en private partners of het zinvol is het slib te mengen met snel-verwerende mineralen zoals olivijn die kooldioxide vastleggen. Verbeterde chemische en fysische eigenschappen zouden de bagger tevens voor hoogwaardige toepassingen geschikt maken.
In januari dit jaar deelde NWO binnen de topsector ‘Water & Maritiem: Blauwe Route’ subsidies uit aan een tiental projecten. Eén van die subsidies gaat naar een team onderzoekers van het NIOZ en de Universiteit Utrecht. Zij kregen ruim een half miljoen euro, waarmee ze hun idee verder kunnen uitwerken om havenslib om te zetten in een CO2-neutraal bouwmateriaal.
Havenslib wordt op grote schaal opgebaggerd bij het onderhoud van havens. Wereldwijd gaat het om vele miljoenen tonnen baggerspecie per jaar. Dat slib wordt doorgaans op zee verspreid of, wanneer verontreinigd, geborgen in afgesloten depots. Dit hele proces van baggeren is milieubelastend, vertelt Peter Kraal, marien geochemicus en onderzoeker bij het NIOZ. ‘Er komt CO2 vrij via de uitlaatgassen van de baggerschepen en de schepen die het slib transporteren. Maar ook het slib zelf is een producent van dit broeikasgas als het in aanraking komt met zuurstof. Het bevat koolstof, in de vorm van organisch materiaal, dat wordt omgezet in CO2. Verder kan het slib dat wordt geborgen, vervuild zijn met industriële zware metalen zoals lood, cadmium en zink.’
Eldert Besseling van onderzoek- en adviesbureau NETICS, waar Kraal nauw mee samenwerkt, vult aan dat de scheepvaart per saldo de meest duurzame vorm van hedendaags goederentransport is. ‘Als havens niet meer toegankelijk zijn, zal voor andere transportmiddelen worden gekozen die veel meer CO2 uitstoten zoals luchtvaart of transport over de weg.’
De onderzoekers van het NIOZ op Texel en de Universiteit Utrecht vermoeden een mooie bijdrage te kunnen leveren aan het verlagen van de milieu-impact van baggeren. Gert-Jan Reichart, hoogleraar Mariene Geologie aan de Universiteit Utrecht en hoofd van het departement Oceaansystemen van het NIOZ, heeft veel contact met de baggerwereld, waaronder Royal IHC dat baggerschepen bouwt. Tijdens een onderhoud met dit bedrijf kwam ter sprake dat baggerwerkzaamheden een forse CO2-footprint hebben. Met nieuwe technieken, zoals schonere brandstoffen en elektrificeren van schepen, wordt al gewerkt aan het verminderen van deze uitstoot.
Maar er is meer mogelijk. Beide partijen besloten de mogelijkheden te onderzoeken om olivijn als één van de oplossingen in te zetten, in samenwerking met Havenbedrijf Rotterdam, waterbouwer Van Oord, NETICS, wateruniversiteit Wetsus en TNO. Het idee om olivijn als wapen in te zetten tegen het CO2-probleem werd jaren geleden bedacht door Olaf Schuiling, emeritus-hoogleraar geochemie en experimentele petrologie aan de Universiteit Utrecht. Kraal: ‘Zijn voorstel was destijds om met dit mineraal een groot deel van het broeikasgas kooldioxide uit de atmosfeer vast te leggen. Deze benadering staat inmiddels weer volop in de belangstelling. We beseffen met z’n allen dat de klimaatdoelen voor het terugdringen van de CO2-uitstoot niet zomaar worden gehaald. Ook wij willen ons steentje bijdragen aan een oplossing.’
Olivijn is een groen mineraal dat wordt gevormd in magma. Grote voorraden daarvan zijn onder meer te vinden in Oman en Noorwegen. Het silica-rijke mineraal verweert relatief snel waarbij CO2 als carbonaat wordt vastgelegd. In theorie kan een ton olivijn bij volledige verwering een ton CO2 vastleggen. De eigenschap van CO2-vastlegging willen de onderzoekers nu bestuderen door het mineraal te mengen met havenslib.
Kraal benadrukt dat niet alleen olivijn onder de loep wordt genomen. ‘Er zijn ook andere veelbelovende mineralen met veel silica – zoals vulkanische glassen – die snel verweren. Het is fundamenteel onderzoek en we willen weten welke optie de beste is.’
Al die mineralen moeten in de natuur worden gewonnen. Het gaat dan om grote brokstukken die langzaam verweren. Daarom is het noodzakelijk die brokken fijn te malen, waarna het vermogen om CO2 vast te leggen gigantisch toeneemt, licht Kraal toe. ‘Eén van de grote vragen van ons onderzoek is welke mengverhouding van slib en zo’n gemalen mineraal het beste werkt en welke korrelgrootte een optimaal resultaat geeft. Het moet natuurlijk niet zo zijn dat het transport van die gewonnen mineralen en het maalproces zoveel energie kosten dat de winst die je maakt met CO2-vastlegging daardoor toch teniet wordt gedaan. We willen de CO2-productie van het baggerproces met onze nieuwe aanpak compenseren.’
Nu de subsidie van NWO is verkregen, kunnen de wetenschappers aan de slag. De studie zal beginnen met proeven in kleine flesjes in het laboratorium. In die flesjes wordt havenslib telkens vermengd met een silicahoudend mineraal in diverse korrelgroottes. De vraag is telkens welke reacties er plaatsvinden en hoe snel die verlopen. De meest veelbelovende mengsels worden in kleine hoeveelheden in veldproeven onder natuurlijke condities onderzocht. Na deze veldproeven volgt opschaling, in samenwerking met de private partners. Het onderzoek heeft nog een tweede component.
Het streven is niet alleen CO2 vast te leggen, het meest ideale mengsel moet ook een tweede leven krijgen, vertelt Besseling van NETICS. ‘We willen het mengsel namelijk ook gebruiken als basis voor bouwmateriaal. Er is al veel onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om baggerspecie geschikt te maken als bouwmateriaal, maar het effect van toegevoegd olivijn hierop is nog niet eerder onderzocht. De bijmenging van olivijn kan de fysische eigenschappen van het havenslib verbeteren, en – in het geval van verontreinigd slib – mogelijk ook een rol spelen in het vasthouden van zware metalen. Ook deze winst moeten we meenemen tijdens het afwegen van de voor- en nadelen van onze aanpak.’
Bij bouwmateriaal denken de onderzoekers niet meteen aan bouwelementen zoals stenen of beton. De wetenschappers van het NIOZ en de Universiteit Utrecht zien samen met hun partners vooral kansen bij dijk- en duinversterkingen, strandsuppleties en de aanleg van nieuwe natuurgebieden. Een mooi voorbeeld vindt Kraal de kleirijperij langs de Eems-Dollard. In dit estuarium zit veel slib, waardoor de waterkwaliteit minder goed is en de biodiversiteit afneemt. Met de kleirijperij probeert een consortium van EcoShape, Rijkswaterstaat, de provincie Groningen, Groningen Seaports, waterschap Hunze en Aa’s en het Groninger Landschap het gebaggerde slib daar via natuurlijke droging om te zetten in klei om die vervolgens te gebruiken voor dijkversterking.
Kraal verwacht dat door vermenging met olivijn of een ander snel verwerend mineraal zulke klei ook extra waarde kan krijgen. ‘Cruciaal is dan de vraag in hoeverre olivijn kan reageren met CO2 in de klei uit baggerspecie. Verder kan olivijn de bodemkwaliteit bevorderen en ervoor zorgen dat metalen stabieler in het sediment blijven zitten. Zo pakken we niet alleen het milieuprobleem aan maar bieden we ook een oplossing voor het bestaande tekort aan zand als bouwmateriaal.’
‘Maar wat we ook doen, het blijft dweilen met de kraan open als we de CO2-uitstoot niet aan de bron aanpakken en overstappen op alternatieve energiebronnen. Het vergroenen van schepen kan daar eveneens een belangrijke bijdrage aan leveren. De nieuwste generatie baggerschepen van IHC met LNG als brandstof is een belangrijke stap in de goede richting’, aldus Kraal.
Olivijn
