The Potential Use of Exhausted Open Pit Mine Voids as Sinks for Atmospheric CO₂: Insights from Natural Reedbeds and Mine Water Treatment Wetlands

Abstract

Abandoned surface mine voids are often left to flood, forming pit lakes. Drawing simple but important lessons from experiences with compost-based passive remediation systems for acidic mine waters, an alternative end-use for open pit mine voids is proposed: gradual infilling with organic material, which can serve as a long-term sink for atmospheric CO₂, whilst ameliorating or eventually eliminating sustained evaporative water loss and acidic water pollution. Key to the success of this approach is the suppression of methane release from organic sediments flooded with sulfate-rich mine waters: the presence of modest amounts of sulfate (which is typically abundant in mine waters) inhibits the activity of methanogenic bacteria. This explains why gas release studies of mine water treatment wetlands never report methane emissions; CO₂ is the only greenhouse gas emitted, and this is clearly not at levels sufficient to undo the benefits of wetlands as net CO₂ sinks. While the compete infilling of open pits with organic sediments might take a very long time, only minimal maintenance would be needed, and if carbon trading markets finally mature, a steady income stream could be obtained to cover the costs, thus extending the economic life of the mine site far beyond cessation of mining.

Zusammenfassung

Tagebaurestlöcher werden oft geflutet, so daß Tagebauseen entstehen. Auf Grund einfacher, jedoch wichtiger Erfahrungen mit kompostbeschickten passiven Remediationssystemen zur Behandlung saurer Bergbauwässer wird eine alternative Endnutzung der Restvolumina vorgeschlagen, nämlich graduelle Füllung mit organischer Substanz, welche atmosphärisches CO₂ langzeitig bindet. Gleichzeitig würde die Verdunstung aus dem See und das Austreten von belastetem Wasser verringert und schließlich ausgeschaltet. Der Schlüssel zum Erfolg dieser Methode liegt in der Unterdrückung einer Methanfreisetzung aus organischen Sedimenten in Kontakt mit sulfatreichen Bergbauwässern, weil die Präsenz geringer Mengen von Sulfat (das gewöhnlich in Bergbauwässern reichlich vorhanden ist)die Aktivität methanogener Bakterien verhindert. Das erklärt, warum in Studien der Gasemission von Feuchtgebieten, welche der Remediation von sauren Bergbauwässern dienen, niemals Methan festgestellt wurde. Das einzige emittierte Treibhausgas ist CO₂, jedoch nur in Mengen, welche den Nutzen der Feuchtgebiete als CO₂-Senken nicht in Frage stellen. Obwohl die Füllung von Restlöchern mit organischer Substanz sehr lange brauchen würde, wären nur minimale Wartungsarbeiten erforderlich. Sobald der Preis für Kohlenstoffemissionen am Markt anzieht, könnte ein stetiges Einkommen erzeilt werden, das die Kosten abdeckt. Dadurch wäre das wirtschaftliche Leben des Bergbaues weit über die Schließung des Abbaues hinaus verlängert.

Resumen

Los hoyos de minas superficiales abandonadas frecuentemente se inundan formando lagos. Basados en simples pero importantes lecciones recogidas en las experiencias con sistemas de remediación basados en compost para el tratamiento de aguas ácidas de minas, se propone una alternativa para el uso final de los hoyos de minas: relleno gradual con material orgánico que puede servir como un reservorio a largo plazo para CO₂ atmosférico, mientras mejora o eventualmente elimina las pérdidas de agua por evaporación sostenida y la polución de agua ácida. La clave para el éxito de esta aproximación es la eliminación del metano liberado desde los sedimentos orgánicos inundados con agua de minas ricas en sulfato: la presencia de pequeñas cantidades de sulfato (que es típicamente abundante en aguas de minas) inhibe la actividad de bacterias metanogénicas. Esto explica porque los estudios de liberación de gases de humedales usados para el tratamiento de aguas de minas nunca reportan emisiones de metano; CO₂ es el único gas invernadero emitido y no a niveles suficientes para eliminar los beneficios de humedales como reservorios netos de CO₂. Mientras que el relleno complete de hoyos de minas con sedimentos orgánicos podría tomar un largo tiempo, solo un mínimo mantenimiento sería necesario y si el mercado del carbón finalmente madura, se podría obtener cierto beneficio para cubrir los costos extendiendo así la vida económica de la mina mucho después de cesada la actividad minera.