Vulkaanbouw in plaats van mijnbouw?

Een vulkaan is een plaats waar gesmolten gesteente of magma tot aan de oppervlakte komt. Het proces waarbij magma zich doorheen de aardkorst verplaatst en vulkanen vormt, is ook de oorsprong van een groot deel van de ertsen die we vandaag ontginnen. Daarbij werden allerlei metalen opgelost in het magma en dichterbij de oppervlakte afgezet. Dat proces loopt nog steeds door. De Etna in Italië spuwt nog elke dag zo’n 20 ton koper en 10 kg goud de atmosfeer in, in de vorm van heet gas. Daar metalen uit recupereren is niet praktisch haalbaar, maar ongeveer twee kilometer onder de oppervlakte ligt een bron die we misschien wel kunnen aanboren. Daar liggen reservoirs van heet brijn dat zich afscheidt van het opstijgende magma en die zouden wel eens een interessante bron van grondstoffen en energie kunnen zijn.

Superkritieke geothermie

Op twee kilometer diepte onder een slapende vulkaan kan zich een reservoir van brijn vormen aan temperaturen van meer dan 500° C. Hoe warmer zo’n brijn is, hoe meer metaal erin opgelost kan worden. In het Japanse Kakkonda bijvoorbeeld, boorde men 25 jaar geleden tot 3,7 kilometer diep in een 90.000 jaar oude granietlaag om geothermische energie te bereiken. Ze haalden daarbij kleine hoeveelheden brijn van 520° C naar boven. Tijdens de tocht naar boven, zette een deel van het materiaal zich af op de wanden van de boorput, zoals kalk in een waterleiding. Die afzettingen bestonden voor 13 procent van het gewicht uit koper, en 20 procent uit zink, naast een aantal andere metalen zoals goud. Best hoge concentraties vergeleken met traditionele mijnbouw, waar het opgegraven materiaal vaak minder dan 1 procent van het gewenste metaal bevat.

De boorput in Kakkonda was onderdeel van een geothermische energiecentrale. Gewoonlijk zoeken zulke projecten reservoirs van 250° C of minder, omdat die relatief eenvoudiger bruikbaar zijn voor energiewinning. Maar de boring in Kakkonda was deel van een onderzoek naar superkritieke geothermische energie. Daarbij maakt men gebruik van water dat warmer is dan 373° C en onder druk van meer dan 220 bar. In die superkritieke toestand kan water tussen vier en tien keer meer energie dragen. Het ontginnen van metalen uit magmatisch brijn zou dus kunnen samengaan met de productie van hoogwaardige geothermische energie.

Praktische uitdagingen

Er zijn nog veel praktische uitdagingen te overwinnen vooraleer we op grote schaal energie en metalen zullen winnen uit vulkanen. Op de dieptes en temperaturen waarvan sprake begint het gesteente zich op een andere manier te gedragen. In plaats van broos, is het eerder kneedbaar. Daardoor zijn er minder barsten en is het gesteente dus niet voldoende doorlaatbaar. Die barsten kunnen we wel zelf creëren met dezelfde ‘fracking’ technieken waarmee schaliegas en -olie gewonnen worden. De afzetting van het materiaal aan de wanden van de boorput vormt ook nog een technisch obstakel.

Dankzij de groeiende aandacht voor diepe geothermie gaan de nodige boortechnieken er snel op vooruit. Naast het voorbeeld van Kakkonda in Japan, zijn er ook boorputten in het Italiaanse Larderello en Reykjanes in IJsland die vergelijkbare dieptes en temperaturen bereikten. Volgens onderzoekers leveren zulke boringen ook zeer waardevolle wetenschappelijk inzichten op, zelfs als ze voorlopig niet economisch rendabel zijn. Als de technische en economische uitdagingen opgelost raken, dan zijn er wereldwijd zo’n tweeduizend vulkanen met potentieel als brijnmijn. Dat geldt ook voor Europa waar minstens 15 landen actieve of slapende vulkanen op hun grondgebied hebben.