An assessment of the environmental sensitive geochemical anomalies in Cenozoic lignite deposits of Sonari, Barmer Basin, Rajasthan (India) using advanced technologies

Diep onder de droge landschappen van west-India ligt een laag aarde die het verhaal vertelt van oude zeeën, verschuivende continenten en de langzame, stille transformatie van plantaardig materiaal tot brandstof. Dit is het Barmer-bekken, een geologische depressie waar, miljoenen jaren geleden, het land een natte, moerassige omgeving was vol leven. In de loop der tijd bedekten lagen sediment dit organische materiaal, waardoor het werd samengedrukt en verhit totdat het bruinkool werd, een zachte, bruine vorm van steenkool. Hoewel bruinkool een waardevolle energiebron is voor een ontwikkelend land als India, is het niet slechts een hoop brandstof. Het is een complex mengsel van koolstof, water en een breed scala aan andere elementen die binnen de structuur zijn gevangen. Sommige van deze elementen zijn onschadelijk, maar andere zijn giftig. Wanneer steenkool wordt gedolven, getransporteerd of verbrand, kunnen deze verborgen ingrediënten ontsnappen aan de lucht, het water en de bodem, wat risico's met zich meebrengt voor de planten, dieren en mensen die in de buurt leven. Het begrijpen van wat er precies in een specifieke steenkoolafzetting zit, en hoe die ingrediënten bij elkaar worden gehouden, is essentieel voor het beheren van de milieueffecten van het gebruik van deze hulpbron.

In een recent onderzoek richtte een team van onderzoekers van verschillende Indiase instellingen hun aandacht op de Sonari-bruinkoolmijn in het Barmer-district van Rajasthan. Hun doel was om een gedetailleerde chemische en fysieke kaart van deze specifieke afzetting te maken. Ze wilden niet alleen weten hoeveel energie de steenkool kon leveren, maar ook welke specifieke elementen aanwezig waren, in welke hoeveelheden, en hoe zij over de rots verspreid waren. Door de steenkool te onderzoeken van de bovenkant van de laag tot de onderkant, wilden de wetenschappers de geschiedenis van de vorming ervan ontdekken en voorspellen hoe het zich zou gedragen als het in elektriciteitscentrales zou worden gebruikt of blootgesteld zou blijven in een mijn.

De onderzoekers begonnen met het verzamelen van drieënvijftig afzonderlijke monsters van de werkende wanden van de mijn, waarbij ze zorgvuldig de volledige verticale reikwijdte van de steenkoollaag vastlegden, die ongeveer veertien meter dik is en zich op ongeveer zeventig tot honderd meter onder het oppervlak bevindt. Ze groepeerden deze monsters in veertien samengestelde banden op basis van hun visuele uiterlijk, waarbij elke band als een enkele representatieve monster voor analyse werd behandeld. De steenkool zelf verscheen als gelaagde, matrixrijke lagen, meestal zwart van kleur, hoewel één band zichtbare hars bevatte. Onder de microscoop observeerde het team dat de steenkool voornamelijk uit humine bestond, een type organisch materiaal afkomstig van plantenweefsel, wat meer dan de helft van het materiaal uitmaakte. De rest bestond uit kleinere hoeveelheden andere organische componenten en anorganische mineralen zoals pyriet, een glanzend ijzersulfide dat vaak "gekkengoud" wordt genoemd, en diverse kleimineralen.

Toen het team de chemische samenstelling analyseerde, vonden zij dat de bruinkool van gemiddelde kwaliteit was. Het bevat een aanzienlijke hoeveelheid vluchtige stoffen, wat de gas en damp is die vrijkomt wanneer de steenkool wordt verhit, waardoor het relatief gemakkelijk ontvlambaar is. Het asgehalte, oftewel de niet-verbrandbare residu die achterblijft na verbranding, was relatief laag, met een gemiddelde van ongeveer dertien procent. Het zwavelgehalte was echter matig, wat een kritieke factor is omdat het verbranden van zwavel gassen vrijlaat die kunnen bijdragen aan zure regen. De meest opvallende bevindingen betroffen echter de sporenelementen—kleine hoeveelheden metalen en mineralen ingebed in de steenkool. De onderzoekers vergeleken hun bevindingen met de gemiddelde samenstelling van bruinkool wereldwijd en ontdekten dat de Sonari-bruinkool ongewoon rijk was aan verschillende specifieke elementen.

De concentraties kobalt, chroom, koper, nikkel, vanadium en zink waren aanzienlijk hoger dan het wereldwijde gemiddelde. In sommige gevallen waren de niveaus bijna veertig keer hoger dan wat gewoonlijk in wereldwijde steenkool wordt gevonden. Zo was de hoeveelheid kobalt bijvoorbeeld ongeveer achtendertigëenhalf keer hoger dan het wereldgemiddelde, terwijl zink bijna acht keer hoger was. Andere elementen zoals tin, vanadium en nikkel waren ook aanwezig in hoeveelheden die vele malen groter waren dan de norm. Deze elementen zijn niet slechts cijfers op een grafiek; ze zijn chemisch actief. Wanneer steenkool wordt verbrand, kunnen deze metalen vrijkomen in de atmosfeer als fijne deeltjes of vliegas, die lange afstanden kunnen afleggen voordat ze neerslaan op de grond of in waterlichamen. Eenmaal vrijgekomen, kunnen elementen zoals chroom en nikkel giftig zijn voor planten, wat hun groei en fotosynthese beïnvloedt, terwijl andere zoals lood en cadmium zich in het menselijk lichaam kunnen ophopen, wat potentieel schade kan toebrengen aan het zenuwstelsel en de nieren.

De studie onthulde ook hoe deze elementen binnen de steenkool worden vastgehouden. Sommige zijn stevig gebonden aan het organische plantaardige materiaal zelf, terwijl andere gevangen zitten in minuscule minerale korrels zoals pyriet, klei of calciet. De onderzoekers vonden dat elementen zoals kobalt, chroom en zink grotendeels geassocieerd waren met het organische materiaal of met sulfidemineralen. Dit onderscheid is belangrijk omdat het beïnvloedt hoe gemakkelijk deze elementen kunnen worden vrijgegeven. Als een element opgesloten zit in een stabiel mineraalkorreltje, kan het tijdens de mijnbouw op zijn plaats blijven, maar als het gebonden is aan het organische materiaal, kan het gemakkelijker vrijkomen tijdens de verbranding. Het team identificeerde ook specifieke mineralen zoals illiet, kaoliniet, kwarts en gips binnen de steenkool, wat bevestigde dat de steenkool gevormd werd in een omgeving waarin zeewater de sedimenten had beïnvloed, waardoor zouten en mineralen werden meegebracht die deel uitmaakten van de rots.

De implicaties van deze bevindingen zijn aanzienlijk voor de regio. De Sonari-bruinkoolafzetting is een belangrijke energiebron, maar haar unieke chemische vingerafdruk betekent dat het gebruik ervan zorgvuldig beheer vereist. De hoge niveaus van bepaalde giftige metalen suggeren dat als deze steenkool wordt verbrand zonder de juiste filtratie en vervuilingsbestrijding, het schadelijke hoeveelheden van deze elementen in het milieu kan vrijgeven. De studie benadrukt dat de steenkool geen uniform substantie is; de samenstelling verandert van de bovenkant van de laag naar de onderkant, wat betekent dat verschillende lagen verschillende risico's kunnen vormen. De onderzoekers concludeerden dat hoewel de steenkool een waardevolle hulpbron is, de winning en het gebruik ervan gepaard moeten gaan met een diep begrip van de milieugevoeligheid ervan. Door precies te weten wat er in de rots zit en hoe het is gerangschikt, kunnen ingenieurs en beleidsmakers betere beslissingen nemen om het lokale ecosysteem en de volksgezondheid te beschermen, zodat de verkregen energie niet tegen een onaanvaardbare prijs voor de levende wereld komt.