In het voorjaar van 2023 heb ik mijn bachelorscriptie geschreven onder begeleiding van Helen King en Rasesh Pokharel. De titel luidt: ‘Enhanced silicate weathering and coastal chemistry: exploring the effect of sulfur on the formation of calcium and magnesium carbonates’. Het ging om kwalitatief onderzoek naar het effect van opgelost zwavel in zeewater op de precipitatie van calcium- en magnesiumcarbonaten.
Mijn onderzoek is onderdeel van een groter onderzoek naar de sedimenten van de haven van Rotterdam. Om de uitstoot van CO2 uit gebaggerde sedimenten in te perken, wordt er onderzoek gedaan naar de toepassing van enhanced silicate weathering (ESW) op dit systeem. ESW is gebaseerd op het oplossen van silicaat gesteente in water. Bij deze oplossingsreactie wordt CO2 verbruikt en ontstaat er bicarbonaat (HCO3–). Deze opgeloste bicarbonaat kan reageren met opgeloste kationen (Mg, Ca, Fe, Ni, Mn), waardoor CO2 permanent wordt vastgelegd in een kristalrooster. Bij toepassing op de havensedimenten zou het betekenen dat de CO2 uitstoot kan worden ingeperkt.
Bij onderzoek naar de toepassing van forsterite (Mg2SiO4) in ESW, wordt verwacht dat er Mg-carbonaten vormen in de reactie met bicarbonaat, maar wegens kinetische barrières zijn het juist Ca-carbonaten die in dit geval vormen. Uit eerder onderzoek is gebleken dat zwavel een grote invloed heeft op de kinetiek van het vormen van Mg-carbonaten bij hoge temperaturen. Mijn onderzoek ging daarom over het verhelderen van de rol van zwavel bij een lagere temperatuur (12°C) en in een systeem met een verhoogd silica gehalte, om ESW te simuleren.
Voor mijn experimenten heb ik een serie van modelzeewateroplossingen gemaakt, met verschillende concentraties S, Si, Mg en Ca. Deze oplossingen hebben 29 dagen op een magnetische roerplaat gestaan in een klimaatkamer van 12°C. Gedurende deze 29 dagen begon in veel van de oplossingen neerslag te vormen, wat eruitziet als het vertroebelen van de vloeistof, en wat betekent dat er mineralen aan het groeien zijn. Gedurende de looptijd van het experiment zijn er samples genomen van de vloeistof (met het precipitaat eruit gefilterd), en aan het einde van het experiment is het precipitaat genomen van elk van de oplossingen. Door vloeistofsamples te onderzoeken met inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) konden we bepalen hoe de concentratie opgeloste stoffen veranderde gedurende de looptijd. Hierdoor weet je welke ionen er reacties aangaan, op welk punt in het experiment dat gebeurt, en of er reacties zijn, hoewel je dat niet ziet in de vorm vertroebeling. De vaste samples zijn onderzocht met Raman spectroscopie en röntgendiffractie (XRD). Hiermee werd bepaald welke mineralen er zijn gevormd.
Uit het onderzoek is gebleken dat zwavel zowel een effect heeft op de precipitatie van calciumcarbonaten als magnesiumcarbonaten. Het bevoordeelt de groei van monohydrocalsiet (CaCO3.H2O) boven calciet (CaCO3). Zwavel zou kunnen bijdragen aan het verlagen van de kinetische barrière die er vaak voor zorgt dat magnesiumcarbonaten niet kunnen precipiteren. In het onderzochte zeewatersysteem heeft het verhoogde zwavelgehalte ervoor gezorgd dat nesquehoniet (MgCO3.3H2O) kon precipiteren. Uit mijn bachelorscriptie is gebleken dat zwavel niet de competitie tussen magnesium- en calciumcarbonaten verandert, maar beide mineralogische systemen wel beïnvloedt.
