goud

Goudkristallen uit de vrije natuur. Bron: Wikimedia Commons

Tonnen goud in vuilnisbelten

Op dit moment zit er per kilogram meer goud in vuilnis en rioolslib, dan in het erts uit goudmijnen. Dat geldt niet alleen voor goud, maar ook voor zilver, wolfraam en andere schaarse metalen. Wanneer gaan goudzoekers de Nederlandse en Belgische vuilnisbelten ontginnen?

Dit is weer het zoveelste voorbeeld, dat onomstotelijk bewijst dat rijkdom in feite een kwestie is van het juist rangschikken van atomen. Als alle atomen in vuilnis zouden worden verwerkt tot nuttige grondstof, zou dit miljarden opleveren en een groot deel van de mijnen overbodig maken.

Goudkristallen uit de vrije natuur. Bron: Wikimedia Commons
Goudkristallen uit de vrije natuur. Bron: Wikimedia Commons

Mijnen die nu heel erg veel afval opleveren. De winning van het goud van één gouden trouwring veroorzaakt bijvoorbeeld rond de 20 ton mijnafval. Op dit moment worden natriumcyanide, een dodelijk giftige stof, en kwik, idem, gebruikt om goud te winnen. Laten we in plaats van onze planeet te verwoesten, waarde scheppen uit afval. Waarom wel ecokoffie, en Forest Stewardship Council hout, maar geen Goed Goud in plaats van het uitermate foute goud van nu?

Er is door een wetenschappelijke doorbraak van de universiteit van Saskatchewan, Canada, nu eindelijk hoop op een milieuvriendelijker en mensvriendelijker winproces van goud. Bij het losweken van goud uit e-waste, restafval van elektronica zoals smartphones, wordt volgens de drie onderzoekers onder leiding van prof. Stephen Foley nu per kilogram goud 100 liter weinig milieubelastend en recyclebaar oplosmiddel gebruikt (uiteraard houden ze de samenstelling van dit oplosmiddel strikt geheim), waar tot nu toe  rond de 5000 liter koningswater werd gebruikt om het goud uit het e-waste te weken. Koningswater is een extreem agressief mengsel van geconcentreerd zwavelzuur en salpeterzuur.

Bron
Golden Opportunity for U of S researchers, University of Saskatchewan, 2016

Een goudnugget van iets meer dan 55 gram, afkomstig uit Alaska. Bron: Wikimedia Commons

Goud maken

Nu de goudprijzen (in vergelijking met einde vorige eeuw) de pan uitrijzen, komt er steeds meer belangstelling voor methodes om goud te winnen. Maar stel dat we de oude alchemistische droom waar kunnen maken en goud uit andere atomen, zoals lood, konden maken?

Een goudnugget van iets meer dan 55 gram, afkomstig uit Alaska. Bron: Wikimedia Commons
Een goudnugget van iets meer dan 55 gram, afkomstig uit Alaska. Bron: Wikimedia Commons

3 op de miljard
Goud is op aarde relatief schaars. Ongeveer drie op elke miljard atomen in de aardkorst is een goudatoom. Weliswaar bevatten metaalasteroiden veel meer goud – meer dan honderd maal zoveel om precies te zijn, LL-chondrieten zelfs duizend maal zoveel of meer – maar deze zijn nog zeer lastig te oogsten. Hierbij moet wel opgemerkt worden dat drie op de miljard weliswaar een kleine fractie is, maar het aantal atomen in de aardkorst uiteraard enorm is. Alle goud uit de aardkorst samen zou naar schatting meer dan een kubieke kilometer materiaal vormen. Alle goud opgelost in de oceanen vormt rond de 15.000 ton. In de kern van de aarde bevindt zich verreweg het meeste goud.

Waarom is goud zo schaars?
Zoals bij alle atomen zwaarder dan ijzer en nikkel, vergt de vorming van goud uit lichtere atomen meer energie dan er vrij komt. Een aantal zwaardere elementen wordt gevormd bij het zogeheten r-proces, waarbij neutronen worden ingevangen in de kernen van ijzer en nikkel in de kern van op ontploffen staande supernova’s.
Goud wordt echter alleen gevormd bij een zeer zeldzaam proces, waarbij twee neutronensterren botsen, een deel van hun uit neutronen bestaande massa los wordt gerukt en zich uit deze materie door radioactief verval van nog zwaardere, instabiele elementen, zeer zware elementen als goud vormen.

Radioactieve elementen vervallen via zogeheten vervalreeksen. Explosies waarbij de kern in brokstukken uiteenbreekt, zoals bij kernsplijting, zijn zeldzaam. De regel is het uitzenden van deeltjes als heliumkernen (alfadeeltjes), elektronen of positronen (wat neerkomt op het invangen van een elektron). Hierdoor verandert de radioactieve isotoop in een andere isotoop (doorgaans ook een ander chemisch element). De reeks eindigt zodra een stabiele isotoop is bereikt. Goud kent echter maar één stabiele isotoop, 197Au. Lood, het zwaarste stabiele element, kent er maar liefst vier. Er zijn daarom maar enkele zeldzame vervalreeksen die eindigen met goud, terwijl lood het eindstadium is van de veel voorkomende uranium-, actinide- en thoriumreeks (en daarom ook een vrij veel voorkomend metaal is). Geen wonder dus dat alchemisten graag lood in goud omzetten.

Geen lood, maar kwik
Het enige materiaal waarmee het op dit moment gelukt is om het in goud om te zetten, is niet lood, maar het zeer giftige kwik. In 1941 werden in het nucleaire onderzoekslab van de Amerikaanse universiteit Harvard enkele kortlevende radioactieve isotopen van goud gecreëerd uit kwik. [1] Deze isotopen kenden een halfwaardetijd tot zestig uur. Om een ring van dit materiaal te dragen, moet je dus over behoorlijk vuurvaste vingers beschikken.

Sindsdien is het echter gelukt ook de enige stabiele isotoop van goud te fabriceren. Dit kan op verschillende manieren. De gemakkelijkste manier is om de vrij zeldzame (0,15%) kwikisotoop 196Hg met langzame neutronen te behandelen,waardoor de radioactieve isotoop 197Hg ontstaat. Als de atoomkern hiervan een elektron opslokt, en hierdoor in goud verandert, ontstaat het welbekende 197Au. Dit gebeurt in gemiddeld 2,7 dagen. In een (doorgaans levensgevaarlijke) ongemodereerde kernreactor met snelle neutronen kan ook de veel vaker voorkomende kwikisotoop 198Hg, plm 11% van alle kwik, van een neutron worden bevrijd, waardoor de eerder genoemde radioactieve isotoop 197Hg ontstaat.

Is dit een praktische methode?
Daar kunnen we kort over zijn: nee. Zelfs in een grote kernreactor worden slechts enkele kilo’s uranium per jaar omgezet, wat betekent dat slechts voldoende neutronen beschikbaar zijn om minder dan een kilo kwik in goud per jaar om te zetten. Goud kan dus hooguit als bijproduct worden gewonnen en de goudproductie zou vereisen dat het hele uitgekiende brandstofmengsel moet worden veranderd. Daar staat dan tegenover dat goud chemisch gescheiden kan worden van de rest van de brandstof. Omdat goud alleen uit de stabiele isotoop goud-197 en snel uiteenvallende andere goudisotopen bestaat, zullen er daarna vrij weinig problemen met achterblijvende radioactiviteit zijn.  We kunnen beter inzetten op het ontginnen van metaalasteroïden.

Bronnen
1. c. R. Sherr, K. T. Bainbridge, and H. H. Anderson (1941). “Transmutation of Mercury by Fast Neutrons”. Physical Review 60 (7): 473–479

Het periodiek systeem Goud (Au)

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Vandaag nummer 79 van de 118 elementen, Goud (Au).

Klik hierop om naar de wikipedia versie te gaan waarbij je gemakkelijk naar de verschillende elementen kunt doorklikken

Toepassingen

Als zuiver metaal is goud vrijwel onbruikbaar voor industriële toepassingen doordat het erg zacht is. In plaats daarvan wordt het veelvuldig gebruikt in legeringen omdat het element over uitstekende elektrische eigenschappen beschikt en zeer corrosiebestendig is. Sinds de 20e eeuw is goud praktisch onmisbaar in de industrie. Enkele toepassingen zijn:

  • Kwalitatief hoogwaardige elektrische schakelaars en connectoren.
  • In de ruimtevaart als coating voor kunstmanen omdat goud ultraviolette straling goed reflecteert.
  • Hoewel het veelal is vervangen door andere metalen wordt in sommige monetaire stelsels goud (nog) gebruikt voor muntgeld.
  • In veel elektronische componenten wordt goud gebruikt.
  • De radioactieve isotoop 195Au wordt gebruikt bij kankeronderzoek.
  • Het dekken van papier- en muntgeld (zilver wordt daarbij ook gebruikt)
  • In de geschiedenis van de mens was goud vanwege zijn glans en schaarsheid altijd een symbool van weelde. Huishoudelijke voorwerpen werden dan ook soms van goud gemaakt of verguld. Hetzelfde gold voor kunstwerken.
  • De mooie glans en de goede corrosiebestendigheid maken goud een gewild metaal voor sieraden. 80% van al het goud wordt hiervoor gebruikt.
  • Borduurwerk met gouddraad, eigenlijk slagmetaal.
  • Kronen in de tandheelkunde

Kunst- en gebruiksvoorwerpen zoals klokken en kandelaars werden in het verleden verguld door dampen van in kwik opgelost goud (amalgaam) op het voorwerp te blazen, waarbij het kwik verdampte en het goud in een dunne laag neersloeg. Dit is niet meer toegestaan door de ernstige giftigheid van deze dampen.

Opmerkelijke eigenschappen

Metallisch goud heeft een gele glanzende kleur. Zeer fijn verdeeld kan het ook andere kleuren zoals zwart of donkerpaars aannemen. Van alle bekende metalen die bij kamertemperatuur vast zijn, is goud, na lood, het makkelijkst te buigen en te vervormen. Een blokje goud van 1 gram kan worden geplet en gewalst tot een plaat bladgoud met een oppervlakte van 1 vierkante meter. Bladgoud kan gelijmd worden op voorwerpen waardoor ze verguld worden. Het is tevens mogelijk om goud door middel van electrolyse op voorwerpen aan te brengen.

Goud is een zeer goede elektrische en thermische geleider en vrijwel inert. Hiernaast is goud bijzonder zwaar; het weegt ca. tweemaal zoveel als lood.

Goudchemie

Goud staat bekend als een inert edelmetaal dat weinig reactiviteit vertoont. Het reageert bijvoorbeeld niet met zuurstof. Toch zijn er redelijk wat goudverbindingen bekend zoals goudhalogeniden en goudchalcogeniden. Het metaal is oplosbaar in koningswater waarbij het een AuCl4ion vormt.

Met zwaardere elementen, zoals telluur, is de reactiviteit zelfs vrij groot. Calaveriet (goudtelluride) is een mineraal en gouderts.

Goud vormt in de regel verbindingen met een oxidatiegetal +1 of +3. Er is echter ook een klein aantal verbindingen waarin het zelf als oxidator optreedt en oxidatiegetal -1 aanneemt, de auriden.

Verschijning

Door de relatieve inertheid komt goud veelal in ongebonden vorm in de natuur voor. Soms wordt het in grote hoeveelheden aangetroffen, maar meestal komt het voor als spore-element in mineralen. In vrijwel de gehele aardkorst komt goud in zeer lage concentraties voor in de mineralen petzietcalaveriet en sylvaniet. De hoeveelheden zijn echter voor commerciële winning volstrekt onrendabel. De hoogste concentraties worden sinds 1880 gevonden in Zuid-Afrika en zo’n tweederde van de gehele wereldproductie is uit dat land afkomstig. Andere grote goudmijnen bevinden zich in Nevada en South Dakota in de Verenigde Staten. Bij de belangrijkste goudproducerende landen horen (in 2001) ook AustraliëIndonesië en Volksrepubliek China. Ongeveer twee derde van de winning gebeurt in open mijnen (dagbouw) en geeft grote hoeveelheden afval. Voor het goud van een ring van 10 gram met een gehalte van 18 karaat ontstaat 18000 kg afval. Twee bekende goudwinningsmethoden gebruiken het giftige natriumcyanide en eveneens giftige kwik door het goud eerst op te lossen volgens:

4 Au + 8 NaCN + O2 + 2 H2O → 4 NaAu(CN)2 + 4 NaOH.

Het giftige natriumcyanide heeft onder andere een grote milieuramp veroorzaakt bij de Summitville mijn in Rio Grande CountyColorado in de Verenigde Staten.

Vooral vroeger werd kwik gebruikt omdat goud daarin oplost (goud-kwik amalgaam).

Gewoonlijk komt goud voor als fijne korrels, verspreid in een [gesteente]. Om zichtbaar te zijn voor het blote oog moet de verhouding goud in gouderts meer dan 30 mg/kg (30 ppm) bedragen. Voor de meeste goudmijnen betekent dit dat het goud in het erts niet zichtbaar is.

Groen Goud

Eerder schreven we al een artikel hoe men met de ontwerpprincipes van permacultuur, woestijnen weer om kan vormen tot productieve landbouwgebieden. Op 30 april 2012 vertoonde Tegenlicht een interessante documentaire over precies ditzelfde onderwerp, onder de titel Groen Goud. Hieronder is de Nederlandstalige aflevering na te kijken.

Al meer dan 15 jaar is de cameraman en ecoloog John D. Liu bezig met zijn wereldwijde missie om woestijnen te vergroenen en biodiversiteit te herstellen. Het begon allemaal in 1995 toen Liu het Löss-plateau in China filmde.

Hij zag hoe de lokale bevolking een gebied bijna zo groot als Nederland veranderde van een dorre, uitgeputte woestenij in een grote groene oase. Die ervaring veranderde zijn leven. Vanaf dat moment reist John Liu de hele wereld af om regeringsleiders, beleidsmakers en boeren met zijn beelden en kennis te overtuigen en te inspireren. Onvermoeibaar brengt hij de boodschap dat herstel van ecosystemen niet alleen mogelijk is, maar ook nog eens economisch zeer zinvol.

Inspirerend en zeer hoopvol.

Voor de mensen die dit verhaal graag naar contacten in het buitenland wil sturen is deze documentaire inmiddels ook online in het Engels te vinden onder de naam: Permaculture Green Gold

“It’s possible to rehabilitate large-scale damaged ecosystems with the use of permaculture design principles and techniques.” Environmental film maker John D. Liu documents large-scale ecosystem restoration projects in China, Africa, South America and the Middle East, highlighting the enormous benefits to people and planet of undertaking these efforts globally. Geoff Lawton explains about permaculture and the projects he has develloped in Jordan.

A truly uplifting story how humanity can repair the damaged ecosystems worldwide by systematically applying permaculture design principles and techniques to restore these systems. Ecosystem repair will be the great story of the coming decades! A return of humanity respecting ecology and starting a cooperative bond again with nature.

Een interessante conclusie die de hoofdpersoon in deze documentaire trekt is dat ons huidige economische systeem ook volgens deze mensen op een denkfout berust. We waarderen economie ten koste van ecologie wat uiteindelijk een recept voor collectieve zelfdestructie lijkt te zijn. Wat als we de economie zouden koppelen aan de hoeveelheid gezonde productieve ecosystemen op aarde? Zouden we dan op termijn niet allemaal veel gezonder en blijer leven? En dan hebben we ook direct een enorme bak werk voor alle Europese jongeren die op dit moment thuiszitten door de crisis.

Een overzicht van topdocumentaires over permacultuur is te vinden op Films for Action.

Aanverwante artikelen en informatie:
-) tegenlicht.vpro.nl/afleveringen/2011-2012/Groen-Goud
-) Netwerk Eetbaar Nederland van start
-) In het licht van voortbestaan
-) Permacultuur, een introductie
-) Eetbare dorpen en steden
-) Eetbare stad, groei de revolutie
-) Overzicht van de vele voordelen van gemeenschapstuinen
-) Gemeenschapstuinen voor heel Nederland
-) Praktische tuin inspiratie
-) Dirt! The Movie: het belang van gezonde gronden 
-) Raamtuinieren
-) De gemakkelijke moestuin
-) De kruidenspiraal
-) De eetbare bostuin 
-) De buurtmoestuin
-) Een boerderij voor de toekomst
-) Introduction to permaculture design met Geoff Lawton
-) Permacultuur met Sepp Holzer
-) Permaculture, The Global Gardener met Bill Mollison
-) Eetbare groene woestijnen met Permacultuur
-) Groen Goud – VPRO Tegenlicht over permacultuur
-) Rondleiding Permaculture Research Insitute
-) Permacultuur, voorbeelden en inspiratie
-) Permacultuur in Nederland en omgeving
-) Web of Life, Diversiteit is van levensbelang
-) Overzicht eerdere permacultuur artikelen visionair
-) Eetbare planten en paddenstoelen database
-) Ruil je eigen eetbare planten bij elkaar
-) Engelse Plants for a Future database
-) Practical Plant wiki

-) Universiteit Wageningen, loopjongen van de agro industrie – Deel I- Monsanto
-) Universiteit Wageningen, loopjongen van de agro industrie – Deel II-A – Bijensterfte
-) Universiteit Wageningen, loopjongen van de agro industrie – Deel II-B – Bijensterfte
-) Universiteit Wageningen, loopjongen van de agro industrie – Deel III – Zuivelindustrie

Vrij downloadbare documenten:
-) Permacultuur, ontwerpen met de natuur (pdf)