I utgangspunktet var et forskerteam fra UiO, SINTEF og NIVA på jakt etter mineralet pyroauritt da de samlet inn bergarter på Røros. Mineralet er kjent for å være en god «sorbent». Det vil si at materialets egenskaper gjør at det kan brukes til å ta opp andre stoffer, slik som forurensninger.
Da fikk forskerne seg en overraskelse av det positive slaget: et annet mineral, dypingitt, viste seg å være enda mer effektivt.
– Vi fant ut at dypingitt hadde betydelig høyere sorpsjon av kadium, bly og krom enn pyroauritt, sier Håkon Austhreim, professor emeritus ved Institutt for geofag ved UiO, som tok initiativ til studien.
Med andre ord: På Røros fant forskerne et mineral som kan hjelpe nettopp Røros med forurensingen som finnes i området etter årene med gruvedrift.
Tungmetaller som kadmium, bly, krom, kobber, nikkel og sink – alle er helseskadelige for mennesker. Og vi finner dem i vann som er forurenset av gruvedrift, industrielle avløp og avrenning fra byer, kloakkutslipp og kunstgjødsel. Forurensning med tungmetaller har derfor alvorlige konsekvenser for kvaliteten på drikkevann og kan forårsake stor skade på naturlige økosystemer.
Forurensningsstoffet krom, i blått, adsorberes på dypingitt med blomsterlignende morfologi kalt “ørkenroser”. Gult indikerer magnesium, som finnes både i dypingitt og på bergarten som dypingite dannes på. Foto er tatt med et skannings-elektronmikroskop. Foto: SINTEF
Effektiv og miljøvennlig løsning
Fjerning av tungmetaller kan gjøres ved hjelp av kjemiske metoder, men dette har tekniske og økonomiske begrensninger. I stedet har en derfor brukt metoder som skiller metallene fra vannet ved hjelp av sorpsjon. Dette er både billigere, mer miljøvennlig og enklere å gjennomføre på feltet.
– Dypingitt har vært foreslått for andre bruksområder, som for eksempel karbonfangst, men det forble et gåtefullt mineral.
Det er vanlig å bruke sorbenter som leire, oksider eller karbonmaterialer, men selv om disse materialene er miljøvennlige, har de en tendens til å ta opp alt som er tilgjengelig i løsningen. Dermed fjernes ikke spesifikke forurensninger, forklarer materialforsker Patricia Carvalho i SINTEF.
– Vi har manglet effektive, selektive og bærekraftige sorbenter, og dypingitt viser svært lovende sorpsjonsegenskaper.
Patricia Carvalho i SINTEF ser på dypingitt med transmisjonselektronmikroskopet på den nasjonale infrastrukturen NORTEM i Oslo. Foto: SINTEF
En bærekraftig løsning for Røros
Kobbergruvene på Røros ble nedlagt i 1977, men verdensarvområdet er fortsatt plaget av alvorlige miljøproblemer, på grunn av utlekking av tungmetaller fra deponier med gruveavfall til overflatevann. Men det er vanskelig å gjøre noe med miljøproblemene på grunn av begrensningene som følger av vernebestemmelsene. På Røros må alle tiltak bevare både landskapet og de nyutviklede økosystemene.
Ved å bruke det lokale mineralet kan det være mulig å løse mye av forurensningsproblemet på Røros uten at det får store konsekvenser for kulturarven.
Dypingitt og beslektede mineraler kan enkelt samles opp fra bergoverflatene og innarbeides i filtre. Filtrene settes deretter ut i vannstrømmer i nærheten av nedlagte gruveområder. Filtreringsprosessen fører det rene vannet tilbake til naturen, og metallene kan gjenvinnes og resirkuleres.
Innsamling av dypingittholdig mineral på Røros. Foto: SINTEF
– I tillegg til at metoden er effektiv og rimelig, er den også enklere og gir mindre inngrep i naturen, forklarer Kuria Ndungu fra miljøkjemi ved NIVA.
Ukjent struktur
Dypingitt forekommer naturlig i «serpentinitter», en vanlig type magnesiumbasert bergart. Mineralet dannes som et resultat av forvitringsprosesser i gamle malmutgravninger og gruvedeponier.
Fakta om mineralet dypingitt:
Mineralet «dypingitt» er et foreløpig lite kjent magnesium hydrokarbonat som ble oppdaget i 1970 av Gunnar Raade. Bergarten er navngitt etter Dypingdal serpentin-magnesitt-ansamligen i Norge. Mineralet ble senere funnet andre steder, slik som ved Ferangen, Røros og Leka.
Den opprinnelige (hvite) dypingitten som vokste på overflaten av en substratbergart som ble oppdaget i Dypingdal i 1970, nå utstilt på Naturhistorisk museum i Oslo.
Forskningen på dypingitt er et direkte resultat av prosjektet NATSORB som er et samarbeid mellom UiO, SINTEF, NIVA og Universitetet i Münster. Prosjektet er finansiert av Norges forskningsråd og gjennomføres i samarbeid med Røros kommune.
– Dypingitt har vært foreslått for andre bruksområder, som for eksempel karbonfangst, men det forble et gåtefullt mineral, sier Matylda N. Guzik fra Institutt for teknologiske systemer ved UiO.
– Ikke bare var strukturen dårlig forstått, men også sorpsjonsegenskapene var stort sett ukjent før vår studie. Vi har nå gjort betydelige fremskritt når det gjelder de strukturelle egenskapene til dette mineralet, noe som baner vei for å forstå sorpsjonsmekanismen på atomskala,
Mer forskning på atomnivå
Forskning på hvordan man kan forbedre metallopptaket fra den naturlige dypingitten er nødvendig. Forskerne er i gang med eksperimenter med syntetisk dypingitt for å fastslå sorpsjonsmekanismene på atomnivå knyttet til fangst av de mest aktuelle metallforurensingene.
– Det gjenstår å se hvordan syntetisk og naturlig dypingitt er sammenlignet med vanlige kommersielle sorbenter, og om kjemiske endringer av dypingitt kan forbedre metallsorpsjonen ytterligere, forklarer Ørnulv Vistad fra Prosessteknologi i SINTEF, som er ansvarlig for sorpsjonsstudiene.
Hovedmålet til forsker-teamet er å etablere dypingitt-lignende materialer som et nytt rensestoff som kan brukes i stor skala.
Såkalte geoinspirerte materialer er syntetiske materialer som etterligner materialer som finnes i naturen.
– Dette er en ny forskningstrend og en viktig materialklasse. For eksempel har mineralene hydrotalcitt og skutteruditt, som først ble oppdaget i Norge, fungert som inspirasjon for to nye klasser av syntetiske materialer, forklarer prosjektleder Henrik Friis fra Naturhistorisk museum (UiO).
