Gruvavfall uppgraderas – ska fånga in koldioxid

I och med den gröna omställningen ökar efterfrågan på metaller. Nu ska forskare vid Luleå tekniska universitet undersöka om typiskt svenskt gruvavfall från metallutvinning kan växlas upp, från att vara något vi vill bli av med, till att faktiskt göra nytta för klimatet. Gruvavfall från Boliden, LKAB, och Copperstone Resources ska testas på sin förmåga att accelerera infångning och lagring av koldioxid (CCS) som industrin släpper ut. Tester ska även göras på gruvavfallets kapacitet att fånga in historiska koldioxidutsläpp i atmosfären, med hjälp av direkt luftavskiljning (DAC).

– Våra tidigare studier har visat att restmaterial från gruvindustrin kan vara ett kostnadseffektivt alternativ för infångning och lagring av biogen koldioxid och historisk koldioxid i atmosfären. Hur bra svenskt gruvavfall är för den uppgiften är något som vi nu ska undersöka i samarbete med industrin, säger projektledaren Ulrika Rova, professor i biokemisk processteknik, vid Luleå tekniska universitet.

Projektet är unikt i Europa. Det finansieras av Energimyndigheten och genomförs inom ramen för Industriklivet – Regeringens långsiktiga satsning för att stödja klimatomställningen – en del av EU:s Facilitet för återhämtning och resiliens (RRF). Det gruvavfall som ska studeras i projektet är särskilt rikt på kalcium, kisel och magnesiumhaltiga mineral, en fördel vid koldioxidinfångning. Forskarnas mål är att minska industrins processrelaterade utsläpp av växthusgaser genom lösningar som kan implementeras i närtid, men som även är högst relevanta långsiktigt.

Ny metod för infångning av koldioxid

Liknande studier om koldioxidinfångning har gjorts i bland annat Australien men inte med bioteknik för infångning av koldioxid från gruvavfall. I det här projektet kommer forskarna att använda ett nytt framtaget koldioxid-hydreringssteg som accelererar koldioxidinfångningen med hjälp av ett enzym.

– Konceptets innovation är att vi använder ett enzym, karbanhydras, som fungerar som biokatalysator och accelererar omvandlingen av koldioxid till bikarbonat, en vattenlöslig form av koldioxid, så att absorptionssteget går snabbt. En annan viktig fördel är attvi kan erbjuda en metod för att effektivt transportera infångad koldioxid i form av bikarbonat, vilket är en förutsättning för att möjliggöra permanent geologisk lagring i Sverige, säger Io Antonopoulou, forskare i biokemisk processteknik, vid Luleå tekniska universitet.

Noggranna undersökningar av malmen

För att optimera den enzym-baserade infångningen av koldioxid krävs noggranna mineralogiska och kemiska undersökningar av malmerna och dess beståndsdelar.

–  Vi kommer att använda ett flertal mikroanalytiska metoder för att karakterisera och bättre förstå det geologiska materialets sammansättning eftersom den är avgörande för hur effektiv infångningen och lagringen av koldioxid blir. Genom den förståelsen kommer vi att kunna optimera CCS-kedjan och ta fram förslag på lämpliga metoder för permanent lagring av koldioxid, säger Glenn Bark, forskare i malmgeologi vid Luleå tekniska universitet.

Sverige ett land med stora metallproducenter

Sverige är en av Europas största metallproducenter med 12 aktiva gruvor som i första hand producerar järn, koppar, zink, bly, guld och silver och som frigör stora mängder avfall. Processerna med koldioxidinfångning kopplade till gruvavfall i projektet kommer att jämföras med den naturliga vittringsprocessen av gruvavfall som har potential att binda koldioxid inom en tidskala på 100 år.

– Projektet är ytterligt relevant för Boliden. Under hösten uppdaterade vi våra redan ambitiösa mål för minskade koldioxidutsläpp och vi siktar nu på en reduktion med 40 % till 2030 från 2021 års nivå. Vi vet sedan tidigare att vårt gruvavfall har en potential att lagra många miljoner ton koldioxid, men den här naturliga karbonatiseringen, är en mycket långsam reaktion, och att katalysera det med enzym gör det plötsligt mer genomförbart, säger Erik Ronne, chef för hållbarhetsforskningen på Boliden Mines.

– Sedan 2015 har vår forskargrupp byggt upp en unik expertis inom integrationen av enzymet karbanhydras som biokatalysator för att effektivisera infångning av koldioxid för användning eller lagring. För oss är det viktigt att vår forskning är relevant för industrin och med detta projekt får vi ytterligare en möjlighet att bidra till ett mer hållbart samhälle, säger Paul Christakopoulos, ämnesföreträdare och professor i biokemisk processteknik, vid Luleå tekniska universitet.

Flerårigt projekt

Vid gruvbrytning är det malmen och den omkringliggande berggrundens mineralogiska innehåll som direkt avspeglas i gruvavfallets sammansättning.

 – När vi studerar en malmkropp gör vi en mineralkemisk karaktärisering av både malmens och sidobergets sammansättning för att förstå hur malmen bildats. Nu kan vi i det här klimatrelaterade projektet använda den kunskapen som en del i bedömningen av ett gruvavfalls lämplighet för katalyserad koldioxidlagring, säger Christina Wanhainen, ämnesföreträdare och professor i malmgeologi vid Luleå tekniska universitet.

Projektet heter Användning av gruvavfall för att bilda karbonatmineraler via en symbiotisk CC- och DAC-biostrategi och pågår i 6 år med en budget på 14,5 miljoner kronor. Det är ett samarbete mellan forskare i biokemisk processteknik och malmgeologi vid Luleå tekniska universitet tillsammans med gruvindustrin.Även Mathis Warlo, forskare i malmgeologi, medverkar i projektet genom sin spetskompetens inom mikroanalys av mineral.