Hvordan grøn minedrift kunne bane vejen for netto nul og en bæredygtig fremtid

Forskere ved University of Oxford demonstrerer, hvordan det er muligt direkte at udvinde værdifulde metaller fra varme salte væsker ('saltlage') fanget i porøse klipper på dybder på omkring 2 km under sovende vulkaner. De foreslår denne radikale grønne minedriftstilgang til at levere essentielle metaller til en netto nul fremtid - kobber, guld, zink, sølv og lithium – på en bæredygtig måde.

Magma under vulkaner frigiver gasser, der stiger op mod overfladen. Disse gasser er rige på metaller. Når trykket falder, gasserne adskilles i damp og saltlage. De fleste metaller opløst i den oprindelige magmatiske gas bliver koncentreret i den tætte saltlage, som igen bliver fanget i porøse sten. Jo mindre tæt, og metalfattig damp fortsætter op til overfladen, hvor det kan danne fumaroler, som dem der ses ved mange aktive vulkaner.

I et nyt blad, offentliggjort i dag i Åben Videnskab , Oxford videnskabsmænd, baseret på Institut for Geovidenskab, afsløre, hvordan dette fanget, underjordisk saltlage er en potentiel 'flydende malm' indeholdende en række værdifulde metaller, inklusive guld, kobber og lithium, som kunne udnyttes ved at udtrække væskerne til overfladen via dybe brønde.

Deres modeller viser, at saltlagerne potentielt indeholder flere millioner tons kobber. Kobber er et nøglemetal til at gøre overgangen til netto nul, på grund af dens betydning for elproduktion og -transmission, og elbiler.

Professor Jon Blundy, baseret på Institut for Geovidenskab og hovedforfatter, siger, at "at komme til netto nul vil stille en hidtil uset efterspørgsel på naturlige metalressourcer, krav, som genanvendelse alene ikke kan opfylde. Vi skal tænke på lavenergi, bæredygtige måder at udvinde metaller fra jorden på. Vulkaner er et oplagt og allestedsnærværende mål."

Papiret viser også, hvordan geotermisk energi vil være et væsentligt biprodukt af en grøn minedrift, hvilket betyder, at operationer ved brøndhovedet vil være CO2-neutral.

Konventionel minedrift udvinder metaller, såsom kobber, fra dybe gruber eller underjordiske miner i form af faste malme, der så skal knuses og forarbejdes. I tilfælde af kobber er over 99% af den knuste sten affald. Sådanne miner er miljøpåvirkende, meget dyrt at bygge og nedlægge, producerer store tailingsbunker af gråsten, og er meget energikrævende og CO ₂ -producerer.

Udsigten til at udvinde metaller i opløsningsform fra brønde reducerer omkostningerne ved minedrift og malmforarbejdning, plus udnytter geotermisk energi til at drive driften. Dette reducerer miljøpåvirkningen fra metalproduktion markant.

Professor Blundy, siger, at "aktive vulkaner rundt om i verden udleder enorme mængder af værdifulde metaller til atmosfæren. Nogle af denne metalbegavelse når ikke overfladen, men bliver fanget som væsker i varme klipper på omkring 2 km dybde. Grøn minedrift repræsenterer en ny måde at udvinde både metalbærende væsker og geotermisk energi på. på en måde, der dramatisk reducerer miljøpåvirkningen af ​​konventionel minedrift."

Forskningen er en del af en international indsats (mellem Storbritannien og Rusland), der bruger vulkanologi, hydrodynamisk modellering, geokemi, geofysik og højtemperaturforsøg.

Holdet har arbejdet på borekerner fra en række dybe geotermiske systemer (i Japan, Italien, Montserrat, Indonesien, Mexico) for at bekræfte deres forudsigelser om metalrige saltlage.

Professor Blundy, som nu er finansieret af et forskningsprofessorat fra Royal Society til at arbejde med vulkaner og grøn minedrift, siger, at "grøn minedrift er en videnskabelig og ingeniørmæssig udfordring, som vi håber, at videnskabsmænd og regeringer vil tage imod i drevet til netto nul."

Forskerne siger, at geofysiske undersøgelser af vulkaner viser, at næsten enhver aktiv og sovende vulkan er vært for en potentielt udnyttelig 'linse' af metalrig saltlage. Dette betyder, at metalefterforskning måske ikke er begrænset til relativt få lande, som det er i øjeblikket (Chile, OS., Peru, Kina, DRC osv.), på grund af udbredelsen af ​​vulkaner rundt om i verden.

De væsentligste risici er teknologiske. Processen involverer boring i klippe på 2 km dybde og ved temperaturer på mere end 450 °C. De ekstraherede væsker er ætsende, hvilket sætter grænser for typerne af borematerialer. De ekstraherede væsker har en tendens til at dumpe deres metalbelastning i brøndboringen, et problem kendt som 'scaling' (lidt ligesom kalk i en kedel). Forebyggelse af belægningsdannelse vil kræve kompleks tænkning om dynamikken i væskeflow og tryk-temperaturstyring i brøndboringen. Forebyggelse af brøndboringskorrosion vil kræve udvikling inden for materialevidenskab for at skabe resistive belægninger.

Ifølge Oxford-teamet, mange af disse udfordringer løses allerede gennem dyb, varme geotermiske boreprojekter. I nogle tilfælde har disse projekter nået temperaturer over 500 °C; nogle gange har de tappet i små lommer af smeltet sten, for eksempel på Island og Hawaii.

At sikre, at væskerne fortsætter med at strømme ind i brønden, når de er boret, er et komplekst problem, og permeabiliteten og porøsiteten af ​​varme, duktilt bjergart er et udfordrende felt. Oxford-teamet har allerede patenteret en idé til væskeudvinding.

De siger, at risikoen for at udløse vulkanudbrud er meget lille, men skal vurderes. De planlægger ikke at bore i selve magma, men ind i de varme klipper over magmakammeret, hvilket i høj grad mindsker risikoen for at støde på magma

Forskerne har brugt de sidste fem år på at 'frigøre' konceptet, og er nu klar til at bore en efterforskningsbrønd ved en sovende vulkan. Dette vil afklare mange af de beskrevne risici og udfordringer, og vil varsle et nyt fremskridt i vores forståelse af vulkaner og deres enorme mængde af energi og metaller.

Professor Blundy, siger, at "at fortsætte med at fjerne risici, som vi forfølger på mange fronter gennem et internationalt samarbejde, er vigtigt. Ligeledes, vi er nødt til at identificere den bedste test-case vulkan til at bore en efterforskningsbrønd."

De siger, at en fungerende 'saltlagsmine' kan være fem til 15 år væk, alt efter hvor godt udfordringerne kan løses.