Vidi-beurs: De eigenschappen van klei begrijpen
Anne-Catherine Dieudonné ontvangt een NWO Vidi beurs voor onderzoek naar de interactie tussen water en klei. Het inzichtelijk maken van tijdsafhankelijk gedrag van klei is tot dusver een grote uitdaging. Door te focussen op de verdeling en de eigenschappen van water in klei, moet duidelijk worden hoe klei zich met de tijd gedraagt onder druk.
Klei, veel aanwezig is in de ondergrond, is een complex materiaal. Het kan flink ingedrukt worden, is gevoelig voor veranderingen in het watergehalte (wat leidt tot zwellen, krimpen en scheuren) en reageert traag op spanningsveranderingen. Dit maakt het een uitdaging voor de bouw- en infrastructuurprojecten. Maar de eigenschappen van klei zijn ook handig. Dankzij de lage doorlaatbaarheid en hoge retentiecapaciteit houdt klei de stroming van water en het transport van verontreinigende stoffen tegen. Dit maakt dat het een belangrijk materiaal is dijken en stortplaatsen, en kijkt de Nederlandse overheid ernaar om radioactief afval, van bijvoorbeeld de productie van kernenergie en medische behandelingen, op te slaan in een definitieve ondergrondse opbergplaats.
Klei onder druk
Cruciaal is het om het gedrag van klei, nu en op de lange termijn, goed te begrijpen. En daar valt nog wel wat te winnen, volgens Anne-Catherine Dieudonné, assistant professor bij Geoscience & Engineering. Om de mechanische werking van klei te bestuderen worden samples in het lab onder druk gezet. “Klei heeft een hele fijne microstructuur. Het is, tot nu toe, onmogelijk om de fysica van kleideeltjes op zo’n kleine schaal te volgen.”
Statische eigenschappen van kleikernen worden bestudeerd met bijvoorbeeld CT-scantechnieken.
Volg de schaduw
Klei is een bijzondere substantie. Doordat kleideeltjes negatief geladen zijn trekken ze water naar hun oppervlak toe. Hierdoor is de waterdichtheid veel hoger dan in bijvoorbeeld gewoon drinkwater. Dieudonné gaat de eigenschappen en de verdeling van watermoleculen in klei doorgronden en dit als een proxy gebruiken voor de microstructuur van klei. Omdat de beweging van klei niet te volgen is, volgt ze dus als het ware de schaduw ervan.
Anne-Catherine Dieudonné is erg verheugd: “We weten dat water zich in klei anders gedraagt. Maar door gebrek aan beter rekenen we met de eigenschappen van standaard vloeibaar water. Als het lukt om inzicht te krijgen in de interactie tussen water en klei, kunnen we bestaande resultaten van experimenten opnieuw interpreteren. Dit kan wel eens baanbrekende nieuwe inzichten opleveren.”
Klei als eeuwige bergplaats?
Radioactief afval kan ontzettend lang gevaarlijk blijven voor mensen en het milieu. Daarom is het van cruciaal belang om een veilige bergingsfaciliteit te ontwerpen die de tand des tijds doorstaat. Kleilagen zijn in meerdere opzichten interessant. Ze hebben een lage doorlaatbaarheid, een hoog sorptievermogen, en klei heeft de capaciteit zichzelf te dichten.
Lees Story of Science van Anne-Catherine Dieudonné: Store for evermore.