Steenmeel is gemalen basalt. Basalt bestaat voor 45-52% uit silicaat (SiO2) en voor  maximaal 5% uit natrium- en kaliumoxide - dat is de minimale definitie die wetenschappers geven. 

Ruwweg de helft van basalt is dus 'iets anders', meestal zijn dit mineralen bestaand uit een combinatie van een element zoals ijzer of magnesium, met één of meerdere zuurstofatomen.

De exacte samenstelling van basalt varieert, maar een typische samenstelling kan zijn:

• ~50% silicaat (xSiO2)

• ~15% aluinaarde (Al2O3)

• ~10% ijzeroxide (Fe2O)

• ~10% kalkpoeder (CaO)

• ~8% magnesiumoxide (MgO)

• ~2% titaniumdioxide (TiO2)

• ~2% kaliumoxide (K2O)

• ~2% natriumoxide (Na2O)

• ~0,5% fosforpentoxide (P2O5)

• Sporen van vele andere (oxides van) elementen

Het silicaat dat we hierboven kortaf xSiO2 noemen bevat vaak niet alleen Si (silicium) en O (zuurstof), maar ook een ander element zoals magnesium (bijvoorbeeld Mg2CO3). Sommige daarvan spelen een rol in het vastleggen van CO2.

Deze mineralen hebben allemaal een vaste vorm. Het is immers steen. Toch verweert basalt in de natuur geleidelijk, door een reeks verschillende invloeden. Hoe dat chemisch werkt beschrijven we hier.

Steen verweert onder invloed van regenwater en CO2. Maar sommige ingrediënten verweren sneller dan andere. Aluinaarde (~15% van het basalt) is niet erg reactief, silicaat (~50%) en kalk- en magnesiumoxide (~10% en ~8%) zijn dat wel.  

De uitkomst is een mengsel van vaste deeltjes, waarvan sommige opgelost blijven in water (en dus uitspoelen) terwijl andere in de bodem achterblijven. Deze deeltjes zijn meestal:

• Kwarts (SiO2), beter bekend als zandkorrels. Deze blijven liggen en aan deze deeltjes kunnen zich weer andere mineralen binden.

• Carbonaten van calcium (CaCO3) of magnesium (MgCO3). Deze oplosbare deeltjes maken de bodem minder zuur. Ze kunnen in regenwater uitspoelen.

• Kleideeltjes (complexe samenstellingen met een kern van silicium en aluminium). Deze blijven in de bodem liggen. Kleideeltjes houden mineralen vast die waardevol zijn voor bomen en bodemleven.

• IJzeroxides (deze geven stabiliteit aan de bodem) en ferrihydriet, een reactieve verbinding die zich snel omvormt naar ijzeroxide.

Naast al deze vaste deeltjes komt er ook zuurstof vrij.

Het belangrijkste aspect van verwering is dat het CO2 vastlegt. Meer over de CO2-vastlegging van steenmeel.

Dit is een vereenvoudigde weergave van de reacties waarmee basalt CO2 kan vastleggen. We kijken als voorbeeld naar forsteriet (Mg2SiO4), het silicaat van magnesium dat in basalt veel voorkomt.

Stap 1: Vorming van koolzuur

H2O + CO2 → H2CO3. Water en CO2 vormen samen koolzuur. Dit gebeurt wanneer de CO2 is opgelost in het water én het water licht zuur is.

Stap 2: Losweken van magnesium

4H2CO3 + Mg2SiO4 → 2Mg2+ + 4HCO3- + H4SiO4. Het koolzuur weekt het magnesium (Mg2) los en reageert met het resterende silicaat tot carbonaat (HCO3) en kiezelzuur (H4SiO4).

Stap 3: Vorming van bicarbonaat

Mg2++ HCO3--> 2 MgCO3. Het carbonaat bindt zich aan de losse magnesium (Mg); dit vormt Mg-bicarbonaat (MgCO3). Dit is een zout, d.w.z. het blijft doorgaans in het water opgelost.

Stap 4a: Uitspoeling naar oceaan

Een groot deel van het vocht in de bodem lekt langzaam weg, met MgCO3 en al, en belandt in de oceaan. Het MgCO3 wordt daar door allerlei organismen gebruikt voor de opbouw van het skelet en andere cellen. 

Stap 4b: Direct gebruik in de bosbodem

Deze biologische opname gebeurt niet alleen in de oceaan, maar kan ook al plaatsvinden als het vocht zich nog in de bosbodem bevindt. In deze zure omgeving zijn calcium en magnesium meestal schaars en dus gewild.

Er zijn meer vulkanische steensoorten dan basalt en sommige daarvan zijn nog beter dan basalt in het binden van CO2. Dat komt bijna altijd omdat ze extra magnesium (Mg) of calcium (Ca) bevatten.

Alturki 2022 (ChemEngineering) geeft voor het doel van maximale CO2-binding het volgende rijtje gesteenten, compleet met de reactie die ze met CO2 aangaan.

wollastoniet: CaSiO3 + CO2 → CaCO3

olivijn: Mg2SiO4 + 2CO2 → 2MgCO3 + SiO2

pyroxenen: CaMgSi2O6 + 2CO2 → CaMg(CO3)2 + 2SiO2

serpentijn: Mg3Si2O5(OH)4 + 3CO2 → 3MgCO3 + 2SiO2 + 2H2O

bruciet: Mg(OH)2 + CO2 → MgCO3 + H2O