Grafeen, een vorm van koolstof die één atoom dik is, werd in 2004 ontdekt toen natuurkundigen in de weer gingen met plakband en potloodgrafiet. Nu hebben onderzoekers voor het eerst natuurlijk grafeen gevonden in een goudmijn.

Voor het eerst is natuurlijk gevormd grafeen ontdekt, in 3,2 miljard jaar oud gesteente onder een Zuid-Afrikaanse goudmijn. De vondst zou kunnen leiden tot energie-efficiëntere manieren om het materiaal, dat een aantal nuttige elektronische eigenschappen heeft, te produceren.

Grafeen, een laag koolstof van één atoom dik, is ontdekt in 2004 door wetenschappers die plakband gebruikten om lagen van potloodgrafiet af te pellen. Het bleek moeilijk om de productie ervan op te schalen. De huidige industriële methoden om grote hoeveelheden grafeen te maken, vereisen temperaturen van meer dan 1000 graden Celsius.

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’
LEES OOK

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’

Universiteiten moeten hun samenwerking met de fossiele industrie niet stopzetten, vindt scheikundige Marc Koper. Dat vertraagt de energietransitie.

Energiebesparing

Nu hebben geofysicus Yoko Ohtomo van de Hokkaido-universiteit in Japan en haar collega’s natuurlijk grafeen gevonden. Het spul is ontstaan in een regio in Zuid-Afrika die rijk is aan goud, en die bekendstaat als de Barberton Greenstone Belt. Het grafeen lijkt te zijn gevormd bij temperaturen van minder dan 300 graden Celsius.

‘Als we dit vormingsproces bij lagere temperaturen kunnen begrijpen, is dat veel beter om energie te besparen’, zegt Ohtomo. Zij presenteerde het werk op 10 juli op de Goldschmidt-geochemieconferentie in Lyon, Frankrijk.

Ohtomo en haar team namen 24 gesteentemonsters uit de Sheba-goudmijn in Zuid-Afrika en analyseerden deze met een elektronenmicroscoop. Ze vonden ongewone en zeldzame koolstofstructuren, waaronder dunne koolstofvezels van een paar micrometer lang, en schilfers van een paar micrometer doorsnede. Het grafeen lijkt een dunne film te vormen rond grotere kristallen nanodeeltjes die in het gesteente zijn ingebed.

Bacteriën

De onderzoekers bekeken het monster ook met een spectroscoop, om het gehalte aan verschillende koolstofisotopen te meten. Isotopen zijn atomen van hetzelfde element die verschillen in de hoeveelheid neutronen die ze bevatten. Ze kunnen gebruikt worden om na te gaan hoe een materiaal is ontstaan. De onderzoekers vonden verhoogde niveaus van een koolstofisotoop die een biologische oorsprong heeft.

Ohtomo zegt dat dit erop wijst dat de koolstof afkomstig is van bacteriën bij het oceaanoppervlak, die stierven en naar de zeebodem zakten. Deze resten zouden na bezinking chemische reacties ondergaan met bijproducten van ijzerhydroxide, en zo koolstofhoudende verbindingen vormen. Vervolgens volgden er hoge drukken en temperaturen, waardoor het veranderde in exotische vormen van koolstof.

De exacte structuur en vorm van de grafeenbevattende structuren moeten nog worden uitgewerkt, zegt Ohtomo, omdat ze ongebruikelijke eigenschappen hebben. De grafeenfilm lijkt bijvoorbeeld transparant, in plaats van zwart, zoals gebruikelijk is in het lab. Dat suggereert dat er andere elementen in de structuur zitten.