Det grønne skiftet trenger metaller og mineraler til nye teknologier, men utvinning og gruvedrift er ikke uten miljøutfordringer. Forskere fra SINTEF, NTNU og NGU setter hele verdikjeden under lupen for å løse dilemmaet.
Gjennom etableringen av den nasjonale infrastrukturen for mineral- og materialkarakterisering (MiMaC), har forskerkolleger fra SINTEF, NTNU og NGU tatt i bruk analysemetoder som kan gi bedre utnyttelse av bergarter fra gruvedrift. Det kan bety mindre overskuddsmasser til deponering.
- Ting som i dag er et miljøproblem i forbindelse med avrenning fra deponier, kan vise seg å være en ressurs. Med karakterisering av avgangmasser fra gamle deponier, er det mulig å slå to fluer i et smekk, sier Trond Slagstad. Han er forsker og geolog ved NGU, og en av initiativtakerne bak etableringen av MiMaC.
Et eksempel er kobolt, som i dag er oppført på EUs liste over kritiske mineraler.
- Brorparten av kobolten kommer fra nikkel- eller kobbergruver, og er egentlig et biprodukt. Men teknologien har endret seg over tid. Tidligere ble enkelte metaller fra gruver liggende igjen fordi man ikke hadde analytisk kapasitet eller teknologi til å utvinne alt. Dette er ferdigknust, og da er jo noen prosesser allerede unnagjort. Avgangmasser kan vise seg å være en relativt lett tilgjengelig ressurs, sier Slagstad.
MiMaC har som mål å etablere et norsk laboratorium i verdensklasse for strukturell karakterisering og høysensitive kjemiske analyser av mineraler, metaller og avanserte nanomaterialer i Trondheim.
I mai 2022 fikk MiMaC status som Gemini-senter. Gemini-samarbeidet representerer en modell for strategisk forskningskoordinering mellom forskningsgrupper fra ulike organisasjoner. Som Gemini-senter vil MiMaC utforske mulighetene for strategisk tverrfaglig forskning langs hele verdikjeden fra mineraler til materialer.
Avansert teknikk
For å utnytte gruvemassene best mulig, er det nødvendig med god kunnskap om bergartens egenskaper og sammensetning. Dette gjøres hovedsaklig ved hjelp av instrumenter som elektronmikroskop og massespektrometri, som gir informasjon om konsentrasjoner og fordeling av metaller i bergarter og mineraler. Men noen ganger har forskerne behov for å grave enda dypere. Ved hjelp av en avansert teknikk kalt 3D Atom Probe Tomography (APT) kan forskerne studere bergartsprøver ned på atomnivå.
- Vi tar en bitteliten nåleformet prøve av bergarten, kanskje bare 1000 nanometer i størrelse, som plasseres i et vakuum, uten luft eller andre forstyrrelser. Vi skyter en laserstråle mot tuppen av nåla, så tuppen begynner å fordampe. Dette gjøres i et elektrisk felt slik at atomene som fordamper får en ladning som vil treffe en detektor. Detektoren måler hvilken type atom det er, og hvor i nålen det sitter, forklarer Slagstad.
Ved å gjenta denne prosessen for flere atomer, kan forskerne bygge opp en 3D-modell som viser hvordan atomene er fordelt i materialet. Slik kan de se om det finnes en eller flere typer mineraler i bergarten.
Inviterer til innovasjonsamarbeid
Norsk metallindustri står overfor store utfordringer i årene som kommer. Regjeringen har mål om å besvare Europas behov ved å utvikle verdens mest bærekraftige mineralnæring. Det krever innovasjon i hele verdikjeden fra gruveuttak til prosessering og foredling. MiMaC kan tilby både møteplasser, utstyr og kompetanse for å finne nye og mer miljøvennlige løsninger for industrien.
- Vi kan gi et veldig godt bilde på hvordan de ulike metallene opptrer i bergarten. Det vil være styrende for hva slags teknologi man trenger for å utvinne det. I tillegg har vi god erfaring med å kartlegge de primære ressursene. Å kartlegge de sekundære ressursene er et nytt og interessant tema. Her er vi i startgropen av å bygge ny kunnskap, sier Slagstad.
Nylig møttes forskerkollegiet, industripartnere og søsterinstitusjoner fra Sverige og Finland til workshop for å utveksle erfaringer og kunnskap om mineralutvinning med nye, og tøffere miljøkrav.
- De teknologiske utfordringene for å separere mineralene vil trenge nyvinning. Selv om det ligger der som knust materiale vil det medføre miljøkonsekvenser, så det er også noe som må tas med i bildet. Det er stor enighet om at vi må drive gruvedrift på både sekundære og primære ressurser på en mest mulig miljøvennlig måte, avslutter Slagstad.
- Primære ressurser refererer til de naturlige mineralforekomstene som kan utvinnes direkte fra jorden. Dette inkluderer malmer, mineraler og bergarter som inneholder verdifulle metaller, mineraler eller andre nyttige stoffer.
- Sekundære ressurser er materialer som gjenvinnes eller utvinnes fra allerede brukte produkter eller avfall. Sekundære ressurser inkluderer resirkulerte metaller, som aluminium, stål og kobber, som gjenvinnes fra skrapmetall eller elektronisk avfall. Også overskuddsmasser fra primær utvinning, som stein, sand og grus, kan betraktes som sekundære ressurser når de brukes i bygge- eller anleggsprosjekter.
