Wat hebben 450 miljoen jaar oude fossielen met uw smartphone te maken? De fossielen wijzen mogelijk de weg naar de zeldzame aardmetalen in elektronica. Hoe die weg loopt, dat onderzoekt prof. Thijs Vandenbroucke (UGent) met de steun van het Fonds Van Autenboer, beheerd door de Koning Boudewijnstichting.
U hebt ze in de mobiele telefoon in uw zak zitten, of in de batterij of katalysator van uw auto. Ze zitten in windturbines, zonnepanelen en beeldschermen. Ze zijn met zeventienen, hebben elk een moeilijke naam, en samen een foute verzamelnaam: zeldzame aarden of zeldzame aardmetalen. ‘Een beetje een onterechte benaming’, zet prof. Thijs Vandenbroucke meteen recht, ‘want ze zijn helemaal niet zo zeldzaam. Ze zijn alleen niet zo gemakkelijk apart te vinden, ze zitten meestal vast in mineralen waar ze moeilijk uit los te maken zijn.’ Toch was er een kleine tien jaar geleden nog een forse schaarstecrisis: bijna alle zeldzame aardmetalen die onder meer in de elektronica-industrie zo onontbeerlijk zijn, worden nu gewonnen in China, en dat land besloot toen meer voor eigen gebruik te houden en exportquota in te stellen. ‘Zo zag je maar weer hoe een monopolie altijd risicovol is, nog los van de vraag welk regime het betrokken land heeft.’ In heel de wereld wordt dus verder onderzoek gedaan om zeldzame aarden te vinden en te kunnen ontginnen.
Ook de paleontoloog Vandenbroucke raakte geboeid, mede aangestoken door ertsgeoloog Poul Emsbo (US Geological Survey) die vanuit het Amerikaanse Denver werkt. ‘Paleontologie en ertsgeologie zijn twee vakgebieden die mekaar zelden raken. Paleontologen zoals ik kijken naar het moment van de afzetting van een aardlaag en speuren onder meer in fossielen naar aanwijzingen over bijvoorbeeld het verdwijnen van soorten, of net een grote toename van de biodiversiteit door klimaatwijzigingen. De ertsgeologen kijken naar processen die veel later in die aardlagen plaatsgrijpen, bijvoorbeeld doordat er door de millennia heen andere lagen bovenop komen en gaan drukken. Van zeldzame aarden werd lang gedacht dat ze pas in ertsen ontstaan na lange tijd van begraving. Nu weten we dat er op bepaalde momenten in de geschiedenis van de planeet ook zeldzame aarden aanwezig waren in de oceanen, en zijn neergeslagen op het moment van de afzetting.’ Samen willen ze testen of de lagen waar Poul aanrijkingen ziet van mineralen met zeldzame aarden, gelijktijdig zijn afgezet met de lagen waar Thijs grote veranderingen in de fossielen. ‘We zien bijvoorbeeld een soort misvormingen die ook recent voorkomen en die we dan associëren met vervuiling van de oceaan met zware metalen.’
Het verhaal begint, beetje bij beetje, in mekaar te klikken: als ze het verband kunnen blootleggen tussen een grote verandering in de oceanen (vb. door naar de fossielen te kijken) miljoenen jaren geleden en de afzetting van zeldzame aardmetalen op een plek, is het niet ondenkbaar dat er ook aanrijkingen met zeldzame aarden zitten op andere plaatsen waar de planeet een gelijkaardig scenario van evoluties heeft ondergaan. ‘Hoe komen die dingen daar? Is er ooit een toestroom van metalen geweest in de oceaan? Als we kunnen uitsluiten dat het een toevallige aanrijking is, dan weten we waar ze potentieel elders ook zitten.’ Vandenbroucke en Emsbo richten hun onderzoek vooral op fosfaatafzettingen of fosforieten (gesteenten met een hoog fosfaatgehalte). ‘Fosforieten worden al lang ontgonnen in de kunstmestindustrie. Ze zijn relatief eenvoudig op te lossen om de fosfaten eruit te halen. En het is al bekend dat er in de residu’s soms zeldzame aarden zitten. Als dat zo is, kan je die er voor zo goed als 100 procent uithalen, bewees Poul Emsbo onlangs nog. Alleen worden die residu’s nu niet behandeld en niet bewaard. Ze gaan bij wijze van spreken het riool in. Ze zijn ook lang niet allemaal met zeldzame aarden verrijkt, de crux is te gaan voorspellen welke niet en welke wel.’
Een groot voordeel: de goede oplosbaarheid maakt het ontginningsproces redelijk ‘proper’, zeker in vergelijking met de ontginningsmethoden die in China worden ingezet en die belastend zijn voor het milieu – daar komt onder meer uranium bij vrij. Bovendien zitten de fosforieten vaak niet diep in de aardlagen. ‘Aan een bulldozer heb je soms al genoeg. Veel minder duur dus dan bijvoorbeeld diepzee-ontginning.’
Met de financiële steun van het Fonds Van Autenboer kan Thijs Vandenbroucke op onderzoek naar de woestijn van Arkansas – het Fonds ondersteunt geologisch onderzoek. ‘Daar ligt het proefterrein waar we enkele van onze hypotheses testen. De fosforieten zitten er in een 9 meter dikke laag aan de oppervlakte, een laag die ongeveer 450 miljoen jaar geleden ontstond – dat is lang voor de dino’s, veeleer de tijd van de eerste geleedpotigen in de oceanen, de tijd ook waarin de continenten nog grotendeels bij mekaar clusterden nabij de Zuidpool. Het gaat om fundamenteel onderzoek, ik sta ver van de berekening van de potentiële economische rendabiliteit van een ontginning, maar wat we wel al weten: als je die relatief dunne laag van 9 meter over 1 km2 kan ontginnen, dekt dat 150 procent van de huidige jaarlijkse vraag naar zware zeldzame aardmetalen.’ ‘We zitten nog in de fase van het testen van hypothesen’, benadrukt Thijs Vandenbroucke. Maar het mag duidelijk zijn dat fundamenteel onderzoek van paleontologen en geologen uiteindelijk een belangrijke impact kan hebben, niet enkel economisch maar ook voor een ecologisch veel minder belastende ontginning.
Foto: www.kbs-frb.be