kunstbus

Ben jij de slimste mens? Test je kennisniveau op YaGooBle.com.
Dit artikel is 24 02 2018 13:47 voor het laatst bewerkt.

olivijn

Het mineraal olivijn is een (neso)silicaat met als chemische formule (Mg,Fe)2SiO4. Olivijn is dus eigenlijk een verzamelnaam voor een mineraal waarbij de eindleden worden bepaald door het gehalte aan magnesium en ijzer. Is het mineraal rijk aan Mg dan spreken we over forsteriet (Mg2SiO4 ), is het rijk aan ijzer dan spreken we over fayaliet (Fe(II)2SiO4) . De verhouding van silicium en zuurstof in nesosilicaten van 1:4 is de laagst mogelijke waarde voor een silicaat.

Silicaten zijn zouten of esters van kiezelzuur (Si(OH)4). Olivijn is een zout. De zouten bevatten alle het SiO44--ion (of een afgeleide daarvan, met een of meer waterstofatomen). Silicaten kennen we als grondstof gebruikt bij de bereiding van glas. De silicaten van natrium en calcium worden waterglas genoemd en vinden toepassingen in de techniek. De esters zijn organische verbindingen met als algemene formule Si(OR)4, die ontstaan door de reactie van een zuur met een alcohol of een sacharide.

Eigenschappen
Olivijn heeft een orthorhombisch (bijna kubisch) kristalstelsel. Het kristalliseert in een enigszins afgeplatte vorm maar kan ook massief of in korrelvorm voorkomen. Het is ietwat breekbaar en breekt op conchoïdale (schelpvormige of glasachtige) wijze.

De hardheid van olivijn ligt tussen 6,5 en 7 op de schaal van Mohs. De gemiddelde dichtheid is 3,32 kg/l. Het mineraal heeft een glasglans en meestal een olijfgroene kleur maar het kan ook roodachtig zijn door de oxidatie van driewaardig ijzer (Fe3+). Het is transparant tot doorschijnend. Hoe donkerder de kleur, hoe meer ijzer erin zit. Pure fayaliet is zwart.

Olivijn heeft de chemische eigenschap opgeloste metalen en organometalen te adsorberen aan zijn kristalrooster.

Voorkomen
Olivijn behoort tot de meest voorkomende gesteenten op aarde. Olivijn komt voor als gesteentevormend mineraal in mafische (of basische) stollingsgesteenten en in bepaalde metamorfe gesteenten. Het is ook ontdekt in meteorieten en op de planeet Mars.

Olivijn wordt gevormd in magma dat rijk aan magnesium en arm aan silicaten is. Het is een belangrijk mineraal in gesteenten als gabbro, noriet, het mantelgesteente peridotiet (duniet) en als kleine kristallen in basalt. De metamorfose van onzuiver dolomiet of andere afzettingsgesteenten met veel magnesium en weinig silicaten blijkt eveneens olivijn te vormen.

Toepassingen
Olivijn is een veel gebruikt middel voor gevelreiniging. Kleine olivijnkorrels worden samen met water gestraald op de muur, zodat de verontreinigde laag verwijderd wordt. Olivijn is hiervoor beter geschikt dan gewone zandkorrels, door haar grotere hardheid en omdat stralen met zand om gezondheidsredenen niet meer mag.

Kooldioxide (CO2)
Omdat op dit moment intensief gezocht wordt naar (goedkope) processen om CO2 aan mineralen te binden is olivijn in de belangstelling komen te staan. Testen en onderzoeken, vooral de praktijkproeven, die zijn gedaan geven vooralsnog echter weinig hoop op een serieuze bijdrage aan vermindering van het CO2-gehalte in de atmosfeer. Daarnaast zijn de reacties die het bewerkstelligt ook te onberekenbaar om er grootschalige proeven mee te kunnen doen.

Olivijn reageert onder invloed van water met het (Lewiszuur) CO2  (koolzuurgas) naar (ortho)kiezelzuur (H4SiO4), vrije magnesium-ionen (Mg2+) en (mono)waterstofcarbonaat(-ion)/bicarbonaat (HCO3): Mg2SiO4 (olivijn) + 4CO2 + 4H2O → H4SiO4 + 2Mg2+ + 4HCO3. Wat behalve de elementen in bovenstaande formule overblijft van het olivijn/CO2/H2O-mengsel is het ijzeroxide en 'onzuiverheden', zoals zware metalen, die eventueel aanwezig waren in het mineraal. Ook wordt bij dit proces magnesiet (magnesiumcarbonaat) MgCO3 gevormd, een mineraal dat bestaat uit magnesium, koolstof en zuurstof.

In de formule  (Mg,Fe)2SiO4 geeft de komma aan dat er in olivijn twee soorten positieve ionen aanwezig zijn, magnesium-ionen en ijzerionen. Per silicaat-ion komen steeds twee metaalionen voor. Dat zijn meestal magnesiumionen, maar minder vaak ook ijzerionen. Afhankelijk van de vindplaats bevat olivijn soms meer en soms minder ijzer. De formule van olivijn zonder ijzer is Mg2SiO4. De formule van olivijn zonder magnesium is Fe2SiO4. De laatste bindt geen koolstofdioxide. Alleen magnesiumhoudend olivijn legt CO2 vast.

Om de CO2 welke 1 liter aardolie bij verbranding produceert te binden (neutraliseren) zou iets minder dan 1 liter olivijn nodig zijn. Eén kilo olivijn zou ongeveer 1,25 kilo CO2 vastleggen. De mate waarin bovengenoemde oplosreacties verlopen en de snelheid waarmee dat gebeurt, hangen af van:
 de hoeveelheid in water opgelost CO2 die in aanraking komt met het mineraal
 de hoeveelheid water die in contact komt met het mineraal
 de zuurgraad (pH) van het water dat in aanraking komt met het mineraal
 de temperatuur (van het water)
 korrelgrootte van het mineraal
 de vorming van magnesiet of calciet die het proces kunnen versnellen of juist vertragen.

De reactie verloopt sneller naarmate de temperatuur hoger, en het milieu natter en zuurder is. De reactie tussen een gesteente en opgelost CO2 verloopt over het algemeen traag bij temperaturen onder de 100 ºC. In diverse studies is echter aangetoond dat de reactie tussen olivijn en CO2 toch meetbaar zal optreden bij reactieomstandigheden beneden de 25 ºC en over een periode van 1 jaar of langer (Hangx en Spiers, 2009).

CO2 concentratie in water
De reactie tussen olivijn en CO2 is een oplosreactie die alleen in water of in een waterbodem kan plaatsvinden. De hoeveelheid opgelost CO2 in het water dat in contact komt met het mineraaloppervlak is dus van primair belang. Deze hoeveelheid hangt af van de CO2-concentratie in de atmosfeer die in contact staat met het water en de verhouding tussen de concentraties koolzuur, bicarbonaat en carbonaat in de oplossing, die weer wordt bepaald door temperatuur, druk en hoeveelheid zout.
De verhouding in concentraties tussen koolzuur, bicarbonaat en carbonaat bepaalt ook de pH (zuurgraad) van het water. Een waterige oplossing wordt zuur genoemd wanneer de zuurgraad (pH) lager is dan 7. De H staat voor hydronium(waterstof)-ionen (H+). Een base (pH hoger dan 7.00) is de tegenhanger van een zuur. Zuren en basen reageren met elkaar in een proces dat neutralisatie (pH = 7 (bij kamertemperatuur)) genoemd wordt.

Regenwater met een pH van 6,0 in evenwicht met de atmosfeer met daarin 600 ppm CO2 bevat ongeveer 1,0 mg/l opgelost CO2. In waterbodems kan dit oplopen tot boven de 250 mg/l, omdat CO2 in biologische bodemprocessen vrijkomt en vervolgens ophoopt in de bodem mits er geen vrije gasuitwisseling met de atmosfeer mogelijk is.

Hoeveelheid water, pH, temperatuur en korrelgrootte
De wateraanvoer op land wordt doorgaans bepaald door de hoeveelheid neerslag en de doorlaatbaarheid van de bodem. Een hoge temperatuur en een lage zuurgraad hebben een gunstig effect op de reactiesnelheid van CO2 met het mineraal. Hetzelfde geldt voor het reactief oppervlak: hoe groter het reactief oppervlak, hoe meer CO2 kan reageren. Het reactief oppervlak neemt dus toe met een afnemende korrelgrootte van het materiaal.

Neerslag van magnesiet
De vorming van magnesiet kan de CO2 opname door olivijn versnellen of juist vertragen tot stoppen. Door het oplossen van olivijn nemen de concentraties HCO3-  en Mg toe en daarmee de alkaliniteit waardoor de drijvende kracht achter de oplosreactie afneemt. Als deze concentraties verder oplopen, kan magnesiet (MgCO3) gevormd worden en neerslaan, zoals hier weergegeven: Mg2+ + HCO3→ MgCO3 (Magnesiet) + H+. Door deze neerslagreacties zakken de alkaliniteit en de concentraties Mg weer en ontstaat er opnieuw een drijvende kracht voor de oplosreacties van olivijn waardoor de reactie blijft doorgaan. De vorming van magnesiet kan echter ook vertragend werken als de neerslag direct op het moedermateriaal neerslaat. Dan ontstaat er een barrière tussen het CO2-houdend water en het reactieoppervlak van het moedermateriaal. De reactie stopt in het geheel zodra het hele oppervlak bedekt is met magnesiet.

Bijkomende reacties
De reactie is exotherm. (Wanneer men in staat is de reactie voldoende te versnellen zou de temperatuur dusdanig oplopen dat er bijvoorbeeld elektriciteit gewonnen kan worden, en dit onder opname van CO2)

Magnesium is een van de belangrijkste minerale voedingsstoffen. Ondergeploegd in arme bodems zou het mineraal de vruchtbaarheid vergroten.

Het opgeloste magnesiumijzersilicaat (olivijn) kan in oceanen de CO2-opname extra vergroten door een toename van de groei van kiezelwieren (diatomeeën),  eencellige wieren met een extern skelet van kiezel (siliciumdioxide, SiO2). Uit hun vetzuren kan eventueel ook biodiesel worden gemaakt.

Kritiek
Hoofdkritieken zijn dat het proces te traag gaat, te duur is en misschien zelfs gevaarlijk is.
Bij het oplossen van olivijn komen ook zware metalen zoals cobalt, chroom, koper en vooral nikkel vrij. Deze metalen zitten als natuurlijke verontreinigingen opgesloten in het gesteente (De Hoog, 2010), en kunnen wanneer ze vrijkomen in principe een risico vormen bij de toepassing van olivijn als CO2 neutraliserend materiaal in of op een (water)bodem.
 In olivijn zit dus ook veel nikkel. In Nederland is nikkel verboden als bodemverbeteraar in de landbouw.
Olivijn zou door de ontzurende werking de bodemsamenstelling in de war kunnen schoppen. Dat bedreigt zuurminnende planten.
Je moet jaarlijks op miljoenen vierkante kilometers een laagje olivijnpoeder aanbrengen. Dit vergt wereldwijd veel mijnbouw en transport.
Bij veel vindplaatsen zit ook (wit) asbest in het olivijn ingesloten. Dit wil je in principe niet uitstrooien.
Op grote schaal uitgevoerd zal de oceaan na aanvankelijke stijging van de pH al snel weer kunnen 'verzuren' tot een pH van 7.7. Dit zou catastrofaal voor het leven in de oceanen kunnen zijn.
Na aanvankelijke opname van CO2 zou het reactieve bicarbonaat dat in de oceanen terechtkomt het CO2 uiteindelijk toch weer vrijgeven.

Greenwashing
Uit onderzoek is gebleken dat de binding van CO2 door olivijn met een korrelgrootte van 300 micrometer in zeewater van 25°C ongeveer 700 jaar in beslag zal nemen. Het verder vergruizen van olivijn tot een grootte van 10 micrometer zou dit proces kunnen versnellen tot gemiddeld 23 jaar (Hangx, S.J.T. & Spiers, C.J., Coastal spreading of olivine to control atmospheric CO2 concentrations: A critical analysis of viability, International Journal of Greenhouse Gas Control, 2009). Deze deeltjes (kleiner dan 10 micrometer) kunnen echter een gevaar vormen voor de volksgezondheid, aldus prof dr. Rutger van Santen, hoogleraar Katalyse aan de TU/e (Vlooswijk, E., Olivijn geen oplossing voor broeikasprobleem, Cursor, 10-12-2009). Oudminister van VROM, dr. Jacqueline Cramer, zag af van verdere investeringen in onderzoek naar de bruikbaarheid van het langs de kustgebieden verspreiden van olivijn, voornamelijk omdat transport en afzetting van grote hoeveelheden olivijn aanzienlijke infrastructurele, milieu- en volksgezondheidsvraagstukken met zich mee zou brengen. Gezien de optimale omstandigheden die nodig zijn voor het doelmatig omzetten van CO2 door olivijn, lijkt de toepassing van het materiaal meer een vorm van ‘greenwashing’ te zijn, dan werkelijk op korte termijn een bijdrage te leveren aan (het tegengaan van) de toenemende CO2-uitstoot. - (Carola Vonk MSc, Marketing & Communications, Nophadrain BV. - http://www.dakengevelgroen.nl/upload/artikelen/dg111olivijn.pdf )

Shell-proef van Olaf Schuiling met olivijnpoeder geen succes
De wetenschapper Olaf Schuiling, prof. dr. R.D. Schuiling, emeritus hoogleraar geochemie aan de Universiteit Utrecht, publiceerde al in 1964 over de effecten van olivijn. Shell betaalde ooit een proef in de Noordoostpolder. Op een hectare grond werd zes ton olivijnpoeder gestrooid. De proef slaagde niet omdat hij in kalkrijke grond werd uitgevoerd. Omdat kalk ook met CO2 en zuur reageert kreeg olivijn weinig kans.

Het gas van een kolencentrale door een vat olivijn laten filteren werkte ook niet (een andere test van Shell). Er ontstond teveel drukverlies en de reactie was te langzaam.

Zie http://www.biobased-opportunities.com/abstraction/projecten_files/olivijnreactor.pdf en  http://dspace.ou.nl/handle/1820/6149


Volgens Schuiling is het verspreiden van 7 km3 verpulverde olivijn per jaar genoeg om alle CO2 die vrijkomt bij de verbranding van fossiele brandstoffen te neutraliseren. Ter vergelijking: de hoeveelheid olie die we jaarlijks opstoken bedraagt 10 km3.

Op dit moment stoten we zo'n 40 miljard ton CO2 per jaar uit. Peter Köhler en zijn collega’s van het Alfred Wegener Instituut  in Bremerhaven denken dat zo’n 7 miljard ton CO2 per jaar opgenomen zou kunnen worden door olivijn te verspreiden, hetzij over land, in de vochtige tropen, hetzij in rivieren als de Amazone of de Kongo. Bijkomend voordeel is dat de verzuring van de oceaan, waar het water uiteindelijk in terecht komt, op deze manier zou worden tegengegaan, schrijven ze, hoewel de effecten van een verlaging in zuurtegraad ook in kaart gebracht zouden moeten worden. Dat vindt ook Suzanne Hangx, tot voor kort als aardwetenschapper werkzaam bij het  hoge druk- en temperatuurlaboratorium (HPT-lab) van de Universiteit van Utrecht. Want wat als de uitvoering van het plan veel schade blijkt op te leveren aan de flora en fauna van kwetsbare gebieden als de Amazone? “Dan is het niet mogelijk om aan de noodrem te trekken”, waarschuwt ze, “de reactie zal gewoon door blijven gaan tot er een nieuw evenwicht gevonden is.”

Samen met Chris Spiers, ook van het HPT-lab in Utrecht, onderzocht Hangx de haalbaarheid van het plan. Om de wereldwijde CO2-uitstoot met 30% te verminderen zouden we 5 miljard ton olivijn per jaar tot korreltjes van 0,3 mm moeten malen, berekenden ze. En dan nog zou het in het gunstigste geval 700 jaar duren voor het effect zichtbaar zou worden. Natuurlijk gaat het sneller als de korreltjes nog wat fijner gemalen worden, maar dat kost weer extra energie, en dus CO2. Bovendien zou fijner stof gevaar kunnen opleveren voor de volksgezondheid, en bevatten olivijnhoudende gesteenten niet zelden asbest. “Korrels fijner malen hoeven we zelf niet te doen”, zegt Schuiling, “dat doet de branding wel voor ons.” Dat de olivijnhoudende gesteenten op sommige plaatsen asbest bevatten beaamt hij. “Maar het betreft hier wel witte asbest: de minst gevaarlijke soort. En geen mijnbouwmaatschappij die zijn klanten en goede naam wil behouden zal asbesthoudend olivijn gaan delven.” En de haalbaarheid?  “Hangx en Spiers baseren zich op laboratoriummetingen”, reageert Schuiling, “en vergeten dat chemische verwering in de natuur versneld plaatsvindt.” Door de activiteit van schimmels bijvoorbeeld, die de grond verzuren en de olivijnkorrels daarmee verder afbreken. Bij potproeven uitgevoerd bij het Plant Research Institute in Wageningen werd gras gekweekt in bodems waaraan olivijnpoeder was toegevoegd. Na 10 maanden bleek ongeveer 20% van het ingestrooide olivijn te zijn verweerd en het gras groeide er uitstekend op.

 https://www.nemokennislink.nl/publicaties/peridotieten-zijn-gek-op-co2


Zie ook:

Het Groene Schouwpad
Toepassing van olivijn en obsidiaan in schouwpaden i.p.v. het gebruikelijke materiaal (porfier, graniet)

 https://cdn.movares.nl/wp-content/uploads/2013/05/Groene-schouwpad-Movares-eindrapport-2013.pdf
De resultaten van deze proef lieten zien dat vooral olivijn duidelijk reageert met CO2 gedurende de proefperiode. Voor proefvakken met obsidiaan of mengels van olivijn - obsidiaan was dit minder duidelijk, maar wel aannemelijk. Uit de resultaten bleek dat microbiële omzetting van organisch materiaal veruit de belangrijkste CO2 bron was voor reactie met duurzaam materiaal, en dus niet CO2 dat wordt aangevoerd via infiltrerend regenwater of contact met de atmosfeer. De temperatuur beïnvloedt zichtbaar de CO2 productie door microbiële activiteit in de bodem, en intensieve regenval verlaagt de CO2 verzadiging in het poriewater door verdunning. Hierdoor zal de intensiteit van de oplosreacties worden beïnvloed. De vorming van magnesiet beïnvloed de CO2 opnamecapaciteit van olivijn.
 Alleen bij 100% olivijn nam de Mg-concentratie veel meer toe dan bij porfier, mengsels of alleen obsidiaan waar de concentratietoename gelijk was.
 De gemeten bicarbonaatconcentratie in het poriewater nam t.o.v. porfier beduidend toe: 180 mg/L tegenover tussen 279 en 378 mg/L .
 De gemeten zuurgraad (pH) in het poriewater nam toe van 7,5 tot 7,9 t.o.v. regenwater met pH van 5.69.
 De Ni-concentratie in de bodem was verlaagd t.o.v. referentiewaarde grond zonder olivijn/obsidiaan.
 De concentraties zware metalen in het vak porfier en vak olivijn waren het laagst en veel lager dan in de mengvakken.
 Uitloging van de zware metalen Sb en Mo werd gemeten in de proefvakken met obsidiaan. Metalen als nikkel en koper logen waarschijnlijk ook uit, maar binden zolang de pH rond de 7 á 8 ligt aan de bodemmatrix of opgelost organisch koolstof zodat geen verhoogde concentraties in het poriewater worden gemeten.
De kosten van CO2 neutralisatie met olivijn worden geschat op 63 euro per ton CO2.
De theoretisch berekende oplossnelheid van olivijn –de snelheid waarmee olivijn CO2 afvangt- is laag en bedraagt ongeveer 770 g CO2/jaar per m3 materiaal. Dit is ongeveer 40 g CO2/jaar per strekkende meter schouwpad. De reactiesnelheid op basis van velddata wordt ongeveer een factor 7 lager ingeschat. Dit komt voornamelijk doordat de veldomstandigheden zullen afwijken van de ideale omstandigheden zoals aangenomen bij de berekening.


De Duitse geoloog Werner gaf dit mineraal in 1790 de naam olivijn, vanwege zijn olijfgroene kleur. Het wordt ook wel peridoot (Fr. péridot) genoemd, wat in het Arabisch edelsteen betekent.

Chrysoliet of Peridoot (Fr. péridot)
Transparante olivijn wordt soms gebruikt als edelsteen, vaak peridoot genoemd, afgeleid van het Franse woord voor olivijn: peridot. Het wordt soms ook chrysoliet genoemd, van het Grieks voor goud en steen.
De kleur is geelachtig groen tot donker olijfgroen, alhoewel in de lichte tinten een uitgesproken gele kleur met groenachtige gloed niet zeldzaam is. De naam stamt dan ook van deze laatste kleur. In de edelsteenhandel wordt de naam chrysoliet vaak als dekmantel gebruikt om andere stenen onder te schuiven, maar omgekeerd wordt de groene chrysoliet soms als smaragd uitgegeven.
Wegens de betrekkelijk geringe hardheid is het minder geschikt voor ringen en armbanden.

Goudsteen
1. Op goud lijkend groenachtig-geel gesteente, vooral topaas (Pocula Chrysolithis).
2. Bruinrood glas met koperdeeltjes; nagemaakte zonnesteen. Zonnesteen (Chrysoliet) is een roodbruine soms gedeeltelijk doorzichtige steen met glinsterende insluitingen.


Test je competentie op YaGooBle.com.

Pageviews vandaag: 44.