Kjerner fra ca. 150 meters dyp ved Fensfeltet. Det øverste bildet er et vanlig fotografi og illustrerer hva våre øyne registrerer når vi ser på bergartene. Det nederste bildet viser hva et hyperspektralt kamera kan se: i dette tilfellet er bildet prosessert for å kunne vise tilstedeværelsen av det sjeldne jordartsmetallet neodym. Rød farge indikerer høy konsentrasjon. Foto: NGU
– Metoden viser seg å fungere svært bra på bergartene i Fensfeltet. De sjeldne jordartsmetallene i kjerneprøvene «lyser opp», forteller Tobias Kurz, forsker ved Norges geologiske undersøkelse (NGU).
Metoden Kurz viser til, er såkalt hyperspektral avbildning.
– Innen geologi er metoden egnet for mineralkartlegging. Mineraler har bestemte refleksjonsegenskaper, det vil si at de absorberer lys på visse bølgelengder (asorpsjonsbånd). Ved å analysere absorpsjonsbåndene i en prøve vi skanner, kan vi bestemme hvilke mineraler som er til stede, forklarer NGU-forskeren.
Dette har NGU nylig gjort med kjernene fra Fensfeltet, og resultatene viser at de har klart å identifisere sammensetningen av mineraler med god presisjon.
Kurz påpeker at dette arbeidet er gjort sammen med NGU-kollega Nolwenn Coint.
Fensfeltet i Telemark representerer trolig Europas største forekomst av sjeldne jordartsmetaller (REE), og i 2017 og 2018 boret NGU to dype borehull og hentet opp kjerneprøver fra opptil én kilometers dyp. Kjerneprøvene ble skaffet til veie for å få mer informasjon om den romlige fordelingen av metallene, hvilke metaller som er til stede og hvor dypt mineraliseringene opptrer.
Ser mer enn du og jeg kan se
Teknologien har vært kjent lenge, men har de seneste årene blitt tatt stadig mer i bruk, blant annet som følge av at kameraene som tar bildene har blitt mer kompakte og at kostnadene drives ned.
I motsetning til det menneskelige øyet – og vanlige kameraer – vil et hyperspektralt kamera, som det NGU besitter, fange inn langt mer informasjon i hver eneste piksel. Når vi bruker synet vårt, samler vi inn et bilde av omverdenen på tre «spektralbånd»: rødt, grønt og blått. Alle farger vi ser, er en kombinasjon av verdier innen disse båndene.
Et hyperspektralt kamera utnytter langt flere bånd, og klarer derfor eksempelvis enkelt å skjelne en grønn struktur av metall i en frodig, grønn skog.
Hyperspektral avbildning ble først utviklet og anvendt av NASA for mer enn 40 år siden for kartlegging av Jupiter, Saturn og vår egen planet via satellitter. I dag kan også droner utstyres med slike kameraer.
Metoden har mange bruksområder, deriblant innen miljø- og vegetasjonskartlegging, i matindustrien, avfallsbransjen og ikke minst innen bergverk. De store bergverksnasjonene Australia og Sør-Afrika har lang erfaring med bruk av hyperspektral avbildning for leting og utvinning.
Neodym er nøkkelen
Fensfeltets geologi er dominert av karbonatitt, en magmatisk bergart som er dannet ved størkning av en karbonatsmelte. Karbonatsmelten har sitt opphav i en gammel kalksteinsvulkan, og er altså relativt rik på sjeldne jordartsmetaller.
– Ikke bare har vi klart å påvise hvilke deler av kjernene som inneholder de REE-holdige mineralene, vi har dessuten klart å semi-kvantifisere REE-innholdet, påpeker Kurz.
Som nevnt vil et gitt mineral absorbere lys på visse bølgelengder. Forskeren forklarer at ved å se på hvor mye lys som absorberes – altså hvor mye refleksjonen reduseres på en viss bølgelengde – er det mulig å også si noe om den relative mengden av mineralet.
I utgangspunktet er metoden egnet for å bestemme mineraler, og bare i noen få unntak (som for eksempel neodym) kan grunnstoffer bestemmes. I kjerneprøvene fra Fensfeltet opptrer de sjeldne jordartsmetallene ofte i klynger, og undersøkelsene har vist at spesielt REE-metallet neodym kan generere gjenkjennbare signaturer i de hyperspektrale avbildningene.
Dataene kan behandles for å fremheve nettopp disse signaturene, og resultatet er et datasett som viser tilstedeværelsen av neodym gjennom hele 1,7 km med kjerner.
Mediangehalten i de to kjerneprøvene er beregnet til henholdsvis 1,08 og 1,7 vektprosent TREO (Total Rare Earth Oxides). Dette skal ikke være lønnsomt i dagens marked, men ettersom metallene ikke er jevnt fordelt i forekomsten, vil det finnes partier med forhøyede konsentrasjoner som kan være drivverdige.
Besparelser og miljøgevinst
Kurz mener resultatene av NGUs undersøkelser er godt nytt for selskapene som driver leteaktiviteter ved Ulefoss.
– Hyperspektral avbildning kan lede selskapene til de mest interessante partiene av en kjerne. På den måten kan de oppnå besparelser ved å konsentrere seg om å prøveta de REE-rike delene og styre unna de fattige delene.
Metoden skal være et kostnadseffektivt alternativ til en annen eksisterende prosedyre for identifisering av mineraler – røntgendiffraksjon (XRD). Ifølge Kurz skal den også kunne gjennomføres langt raskere enn XRD. Besparelsene kan være mange dager, om ikke uker.
Hyperspektral avbildning kan videre benyttes i miljøøyemed ved Fensfeltet. Bergarten rødbergitt inneholder vesentlige konsentrasjoner av thorium, og ved eventuell fremtidig gruvedrift vil det være ønskelig å unngå å ta ut denne bergarten av hensyn til utfordringer med håndtering og deponering av radioaktivt materiale.
Hyperspektrale analyser kan ifølge Kurz hjelpe selskapene å styre bort fra uønskede bergarter som rødbergitt.
Milliardverdier i Telemark
Det er for tiden to norske selskaper som innehar rettigheter for leting på Fensfeltet: Rare Earths Norway og REE Minerals. Ett tredje selskap, REE Exploration, fokuserer på leting utenfor feltet.
NGU har fått positive tilbakemeldinger fra selskapene vedrørende de nye kjerneanalysene, og Kurz forteller at minst ett av selskapene er interessert i å sende sine kjerner til NGU for skanning.
Det er REE-metallene neodym og praseodym som har høyest verdi og som er av største interesse for leteselskapene. Disse metallene kan spille en nøkkelrolle i det grønne skiftet for deres anvendelse til permanentmagneter. Slike magneter er blant annet nødvendige for å konvertere elektrisk kraft til mekanisk energi og vice versa. Noe som for eksempel trengs for å drive en elektrisk bil eller generere kraft i en vindturbin.
NGU rapporterte i 2022 om en in-situ (brutto) verdi på hele 1 103 mrd. kroner (og potensielt 11 880 mrd. kroner!) for Fensfeltet basert på nåværende anslåtte REE-ressurser, thorium ikke inkludert.
Samme år gikk fem store organisasjoner sammen om å lansere en felles strategi for industriell satsing på utvinning og prosessering av REE ved Fensfeltet.
Regiongeolog i Vestfold og Telemark Sven Dahlgren har vurdert at gruvedrift på Fensfeltet trolig ligger minst 10 – 15 år frem i tid. I 2019 publiserte han en rapport som anslår et konservativt estimat på 4,9 millioner tonn TREO med berikede soner som kan holde gehalter på 3 – 5 prosent.
Kritiske metaller
Fensfeltet inneholder betydelige mengder sjeldne jordartsmetaller. Dette er en gruppe metaller med en lang rekke bruksområder og svært varierende utbredelse (noen av dem er ikke så sjeldne som navnet skulle tilsi).
De sjeldne jordartsmetallene, som gjerne forkortes REE (rare earth elements), er viktige i geopolitisk sammenheng, og vårt moderne liv er avhengig av dem. Flere av dem anvendes også i materialer og konstruksjoner som er relevant for det grønne skiftet.
På tidlig 2000-tallet stod Kina for godt over 90 prosent av den globale produksjonen av REE, og da de i 2010 besluttet å stoppe eksporten til industrikjempen Japan, steg prisene til skyhøye nivåer.
Kinas tilnærmede monopol på de strategiske metallene var til stor bekymring for blant andre EU og USA, og i de senere år har flere land begynt å øke sin produksjon. Ifølge Statista hadde Kinas andel av verdensproduksjonen sunket til 70 prosent i 2022. USGS, som har liknende tall, nevner imidlertid at det også kan eksistere udokumentert produksjon i Kina. Ifølge Det internasjonale energibyrået IEA står Kina for nærmere 90 prosent av den globale prosesseringskapasiteten.
Per i dag har ikke Europa egen produksjon av sjeldne jordartsmetaller, og REE står på listen over det EU-kommisjonen regner som kritiske metaller.
Både EU og Norge har stor grunn til å heie frem nye gruveprosjekter, og Fensfeltet kan bli en viktig bidragsyter for å sikre etterspørselen etter metaller som kreves i det grønne skiftet og til vårt høyteknologiske samfunn generelt.
Norske REEtec planlegger et anlegg for REE-separasjon på Herøya i Porsgrunn som kan stå klart allerede i 2024.
