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Os resíduos de minas da África do Sul podem fornecer um método de armazenamento viável para milhões de toneladas de CO2?
Tendo visitado apenas algumas das muitas minas de metal e diamante da África do Sul, meus colegas e eu nunca ficamos surpresos com a escala e a eficiência das operações.
Por Liam Bullock , Zakhele Nkosi e Maxwell Amponsah-Dacosta - 22/03/2021

Tendo visitado apenas algumas das muitas minas de metal e diamante da África do Sul, meus colegas e eu nunca ficamos surpresos com a escala e a eficiência das operações.

Caminhando pela mina da África do Sul

Alguns se estendem por dezenas de quilômetros de comprimento, largura e até mesmo profundidade. O tamanho das minas, juntamente com as riquezas do solo que são visadas, exigem que populações do tamanho de cidades entrem e saiam do local 24 horas por dia, à medida que a Terra é levantada, movida, esmagada e dividida para as mercadorias valiosas.

Movendo-se das faces da rocha para os concentradores e além, não se pode deixar de ficar impressionado e intimidado com os volumes de material que está caindo em cascata pelo sistema.

Os locais das minas são literalmente máquinas bem lubrificadas e é fácil testemunhar os prós e os contras que os locais têm em nossa sociedade. No entanto, escondido à vista de todos entre as operações agitadas, está talvez a maior fonte inexplorada de material que poderia nos ajudar em nossa batalha contínua contra a mudança climática. Um material frequentemente percebido como tendo um efeito negativo sobre o meio ambiente - resíduos de mina conhecidos como rejeitos.

Tecnologias de emissões negativas

O meio de mitigação do clima que pode ser encontrado aqui é por meio da implementação de “tecnologias de emissões negativas” (NETs) nas minas. Esses métodos visam remover o dióxido de carbono (CO2) da atmosfera, abordando um dos maiores desafios sociais que enfrentamos como um coletivo.

Rejeitos de mina armazenados em locais em barragens e áreas de contenção. O movimento de coleta para NETs e remoção de CO2 faz parte de uma resposta global maior para limitar o aumento da temperatura para bem abaixo de 2 ° C nas próximas décadas, conforme descrito pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC).

Existem vários métodos NET possíveis de remoção de CO2, incluindo a noção avançada de utilização de “ intemperismo aprimorado de rochas ”. O método envolve acelerar a decomposição química das rochas, um processo natural que converte o CO2 atmosférico em minerais carbonáticos ou carbonato de hidrogênio e íons carbonato (“alcalinidade”).

O basalto, uma rocha vulcânica comum de intemperismo rápido na superfície da Terra, foi marcado como um tipo de rocha altamente apropriado para injeção direta de CO2 (como demonstrado pelo projeto pioneiro CarbFix)e implantação através da disseminação de rochas basálticas esmagadas em áreas cultivadas . A África do Sul foi construída sobre rochas reativas semelhantes, e a indústria de mineração do país entregou um lote pronto de rocha finamente moída para qualquer estratégia futura de remoção de CO2.

Potencial de desperdício de mina

"Escondida à vista de todos entre as operações agitadas, está talvez a maior fonte inexplorada de material que poderia nos ajudar em nossa batalha contínua contra a mudança climática".


Os rejeitos da mina, que são as sobras de material rochoso que permanecem após a extração da commodity alvo, são tipicamente de lama a areia em tamanho e são armazenados em locais em barragens e áreas de contenção. Embora suas propriedades perigosas, como a toxicidade associada e a ameaça de rompimento da barragem, signifiquem que os rejeitos muitas vezes são considerados nada mais do que problemáticos, os milhões de toneladas que são produzidas anualmente podem na verdade representar uma possível solução ambiental .

A chave é identificar os tipos certos de rejeitos de mina e encontrar o método mais adequado para melhor intemperismo. O princípio do intemperismo aprimorado para imitar e acelerar o intemperismo químico natural, pelo qual os minerais se dissolvem e reagem com o CO2 atmosférico e a água (água da chuva, um ácido carbônico fraco), com as soluções de bicarbonato resultantes transportadas para os oceanos pelos rios, onde são armazenados como alcalinidade. Os produtos de bicarbonato também podem precipitar posteriormente como minerais de carbonato. De qualquer forma, a reação resulta em uma absorção líquida de CO2 da atmosfera, prendendo o CO2 de forma permanente.

Está tudo no detalhe

Sinal para a mina de diamantes CullinanAs rochas de silicato, como o basalto, são favoráveis ​​para tais reações devido à sua alta abundância de minerais ricos em magnésio e cálcio, que reagem prontamente com o CO2 no ambiente natural. Outras rochas que contêm esses minerais e química favoráveis ​​são os kimberlitos, que hospedam os diamantes, e as intrusões máficas em camadas, que podem conter grandes quantidades de metais do grupo da platina, níquel, cobre e cromo.

Vários estudos apontaram os esquemas de sequestro nas importantes operações de diamantes e platina da África do Sul como um possível passo para enfrentar a crise climática. Kimberlitos e intrusões máficas em camadas hospedam muitos dos extensos depósitos de diamante e metal da África do Sul, incluindo o mundialmente famoso Bushveld Complex, a maior intrusão ígnea em camadas dentro da crosta terrestre e abriga aproximadamente 80% das reservas de minério de metal do grupo da platina.

O resultado dessa riqueza de recursos é a produção de milhões de toneladas de resíduos. Quimicamente, o material residual não difere significativamente da rocha original, tornando-se uma fonte potencialmente robusta para estratégias de remoção de CO2. No geral, os resíduos de minas de diamante e platina da África do Sul podem representar uma das maiores fontes intocadas de remoção de CO2 do mundo.

Pegando o ritmo

O problema com o processo de intemperismo natural como uma solução prática para a mudança climática é que ele é lento, levando centenas de milhares de anos para ocorrer e a quantidade de absorção é ofuscada pela quantidade liberada pelas emissões de combustíveis fósseis. Portanto, o intemperismo aprimorado visa acelerar as taxas de intemperismo químico de modo que o CO2 seja removido da atmosfera em quantidades significativas nas escalas de tempo humanas, como em décadas, em vez de milênios.

"No geral, os resíduos de minas de diamante e platina da África do Sul podem representar uma das maiores fontes intocadas de remoção de CO2 do mundo".


O desafio do intemperismo intensificado é encontrar métodos que aceleram a liberação de magnésio e cálcio dos minerais, sem produzir mais CO2 ou outros gases de efeito estufa. Métodos aprimorados de intemperismo incluem triturar o material para dar áreas de superfície altamente reativas. A vantagem dos rejeitos da mina é que o material já foi triturado até os tamanhos de grãos finos favoráveis ​​durante o processo de extração, portanto, essa etapa já foi realizada.

Outro possível método de intemperismo aprimorado é aumentar a temperatura e a pressão da reação, mas você corre o risco de aumentar o CO2 por meio de métodos intensivos de emissão por esse processo. A injeção direta de fluxo de CO2 (em comparação com o CO2 atmosférico mais diluído) significa que a taxa de sequestro é menos limitada pela taxa de suprimento de CO2, acelerando a reação. Além disso, biotecnologias e processos de aceleração microbiana podem aumentar a dissolução de minerais e as taxas de precipitação, com alguns aditivos e sorventes promovendo tempos de reação aumentados. Para acelerar as reações de captura de CO2 em escalas de tempo humanas, um ou mais desses métodos são necessários. A questão é - como isso pode ser alcançado de forma realista?

Hora de agir

Para responder a esta pergunta, são necessários estudos de desktop, experimentos de laboratório e esquemas-piloto no local. É crucial o momento de agir como agora, e a indústria de mineração reconhece isso. Onde os rejeitos talvez já foram percebidos como um incômodo, as empresas de mineração agora veem a oportunidade e estão investigando ativamente o potencial de captura de CO2 em seus próprios locais.

"É hora de agir como agora, e a indústria de mineração reconhece isso".


A mineradora de diamantes De Beers lançou seu próprio projeto de pesquisa de armazenamento de carbono em seus locais, incluindo os rejeitos ricos em kimberlito de suas operações sul-africanas.

Sua empresa-mãe, a Anglo American, está trabalhando junto com pesquisadores das Universidades de Southampton, Oxford, Herriot Watt e Cambridge, bem como parceiros acadêmicos na África do Sul, para investigar a viabilidade de métodos aprimorados de intemperismo em sua mina de platina Mogalakwena no Complexo Bushveld (Projeto GGREW).

O projeto SAT4CCS, liderado por pesquisadores das universidades de Pretória, Oxford e Cidade do Cabo, tem como objetivo reunir informações detalhadas sobre rejeitos em toda a África do Sul. O objetivo é identificar o potencial total de sequestro de CO2 no setor de mineração sul-africano. O produto final será um catálogo abrangente, atlas e banco de dados online para rejeitos disponíveis e adequados, com recomendações para possíveis locais de projetos futuros de sequestro de CO2 em todo o país.

Os próximos anos serão cruciais para o resultado do intemperismo aprimorado como um método viável na indústria de mineração da África do Sul, exigindo uma colaboração mais estreita entre a indústria, governos e cientistas. Intemperismo aprimorado de rochas em locais de minas não é a bala de prata que pode cumprir as metas de mudança climática estabelecidas no Acordo de Paris, mas pode formar uma parte integrante de um movimento global maior para combater a mudança climática.

A equipe SAT4CCS
O desenvolvimento contínuo do banco de dados de rejeitos de minas na África do Sul está sendo liderado por:

• Zakhele Nkosi , doutorando, palestrante e pesquisador em Mineralogia Aplicada e Geologia Histórica na Universidade de Pretória, com foco em rejeitos de minas de diamantes para carbonatação mineral e remoção de CO2.
• Liam Bullock, Assistente de Pesquisa de Pós-Doutorado em Engenharia Química na University of Oxford , e membro do projeto Greenhouse Gas Removal by Enhanced Weathering.
• Maxwell Amponsah-Dacosta , candidato a doutorado na University of the Western Cape, que conduziu sua pesquisa de mestrado sobre a caracterização mineralógica de rejeitos de minas da África do Sul para fins de carbonatação mineral.

 

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