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Schungit (Kohlegestein, Steinkohle) - wo sind nur die Fullerene?

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Schungit ist ein - nach heutigen Erkenntnissen - aus Algenschlamm entstandenes Kohlegestein, dessen wichtigste Fundstelle bei Shun’ga in Karelien, Russland liegt (daher der engl. Name »Shungit«). Da von russischen Geologen sowohl das kohleführende Gestein (ein ca. 2 Milliarden Jahre alter metamorpher Ölschiefer aus dem Präkambrium) als auch die (fast) reine, amorphe Steinkohle aus diesem Gebiet mit demselben Begriff »Shungit« bezeichnet werden, ist auch beides unter diesem Namen im Handel.

Eine hochglänzende, aus über 90% Kohlenstoff bestehende Variante dieser Steinkohle trägt den Handelsnamen "Edel-Schungit". Der Begriff "Edel", angewandt auf ein Stück Steinkohle, ist jedoch äußerst fragwürdig. Keine einzige der im Edelsteinhandel gebräuchlichen Kriterien für einen "edlen" Stein treffen auf dieses Kohlegestein zu. Es ist weder besonders hart, noch zeigt es eine besondere Farbe oder Transparenz. Und das Merkmal "starker Glanz" besitzen viele Steinkohlen aus aller Welt.

Qualitätseinteilung bei Schungit-Kohle:

 

Kategorie 1: "Edel-Schungit"

enthält 70 - 98% Kohlenstoff
Schwarz mit metallisch-silbrigem Glanz
Nach Martino (2013) umfasst diese seltene Schungit-Qualität, nur etwa 1% des gesamten Schungit-Vorkommens. Sie tritt in sehr feinen Adern (maximale Breite: 40 cm) auf und ist an den muschelförmigen Absplitterungen leicht erkennbar. Bei den ockerfarbenen Einschlüssen handelt es sich um Jarosit, ein Eisensulfat, das durch Oxidation aus Pyrit entsteht.

Kat. 2: "Schungit-Schiefer"

enthält 50 - 70% Kohlenstoff
Dunkelgrau bis Schwarz mit mattem Glanz.
Diese Kategorie des Schungits, wird häufig zur Herstellung von Kunstobjekten genutzt, denn im Gegensatz zum Schungit der Kategorie 1 kann der Schungit-Schiefer leicht bearbeitet und auf Hochglanz poliert werden (Martino, 2013).

 

Kat. 3: "Schungit-Tonschiefer"

enthält 10 - 50% Kohlenstoff
Dunkelgrau bis bräunlich Grau ohne Glanz
Mineralogisch ein kohlenstoffhaltiger Tonschiefer, vergleichbar mit den Ölschiefern Kanadas und den USA. Deshalb ist dieses Gestein im Vergleich zu Schungit der Kategorie 1 deutlich härter und schwerer. In Schungit dieser Qualität wurden Fullerene nachgewiesen (Reznikov et al. 2000).

 

 

 

Aufgrund der tiefschwarzen Farbe werden große Mengen Schungit für industrielle Zwecke (Farbpigmente, Füllmaterial in Autoreifen, billigem Ersatzmaterial für Kohlefilter etc.) verarbeitet. Die reine Steinkohle ("Edel-Schungit") besitzt eine Dichte von 1,5 - 1,8 und ist meist matt, mitunter auch metallisch bis pechähnlich glänzend. Der kohleführende Schungit-Schiefer hat - je nach dem Verhältnis der kohligen und tonigen Anteile - eine Dichte zwischen 1,8 und 2,4.

Was ist das besondere an Schungit?

In stark mit Gestein durchsetztem Schungit der Kategorie 3 wurde ein gewisser Gehalt an "Fullerenen" gefunden. In sog. "Edel-Schungit" (Kategorie 1) hingegen, fehlen die Fullerene vollständig.

Fullerene bestehen aus Kohlenstoff, der Moleküle mit je 60, 70, 80 und mehr Kohlenstoff-Atomen bildet, die eine kugelige Struktur besitzen. Das mit Abstand am besten erforschte Fulleren besteht aus 60 Kohlenstoff Atomen (C60). Seine räumliche Struktur besteht aus 12 Fünfecken und 20 Sechsecken, die zusammen ein abgestumpftes Ikosaeder bilden. Da ein Fußball dieselbe Struktur hat, wird es auch Fußballmolekül ("footballen") genannt.

Wie werden Fullerene nachgewiesen?

Extraktionsmethode:
Die einfachste Methode, Fullerene nachzuweisen besteht darin, sie mit dem Lösungsmittel Toluol zu extrahieren. Bei Anwesenheit von Fullerenen verfärbt sich das Lösungsmittel bräunlich rot. Berechnungen von Reznikov et al. (2000) haben gezeigt, dass in den fremdgesteinsreichen Schungiten der Kategorie 2 und 3 zwischen 0 und 2 Gew.% Fullerene enthalten sein können. In der Praxis ist eine Extraktionsrate von 0,1 - 0,2 Gew.% realistisch. Das bedeutet, dass aus einem Kilogramm Schungit nur 1-2 gr Fullerene extrahiert werden können.

Raman-Laseranalyse
Eine weitere Nachweismöglichkeit besteht in der Bestrahlung der Probe mit Laserlicht. Dabei werden die Fullerenmoleküle zu einer charakteristischen Schwingung angeregt, die sich mittels eines Detektors auffangen lässt. Mittels Raman-Laseranalyse lassen sich nicht nur Fullerene nachweisen, sondern auch deren unterschiedliche Modifikationen (C60, C70 … ) unterscheiden.

Massenspektroskopie
Bei diesem Verfahren wird eine Probe des Gesteins chemisch oder thermisch zerlegt und die einzelnen Bestandteile anhand ihrer unterschiedlichen Masse identifiziert. Diese Methode kann sehr effektiv zum Nachweis auch geringer Mengen von Fullerenen benutzt werden.

Untersuchungsergebnisse des EPI-Labors (2014)

Stichprobenanalysen an Schungit proben verschiedener Anbieter mittels Extraktionsmethode und Ramananalyse ergaben, dass in KEINER der Proben Fullerene nachweisbar waren. Das kann nun zweierlei bedeuten: Entweder sind in den untersuchten, handelsüblichen Proben keine Fullerene vorhanden oder die angewandten Nachweismethoden waren nicht sensibel genug, um auch kleinste Konzentrationen von Fullerenen zu erfassen. Eines haben die Nachweisversuche aber ganz klar gezeigt: Es ist keine leichte Sache, Fullerene in Schungit nachzuweisen.

Fazit

Die Ergebnisse unserer Fulleren Nachweisversuche lassen es fraglich erscheinen, ob und inwieweit die große Menge Schungit, die derzeit als im Handel kursieren, tatsächlich Fullerene enthält. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass derzeit auch Steinkohle oder kohlehaltigen Gesteine aus anderen Teilen der Welt als "Schungit" vermarktet werden. Die exorbitant hohen Preise, die für Schungit gefordert werden sind für Steinkohle-Händler aus aller Welt sehr attraktiv. Da selbst bei Schungit-Kohle aus Karelien der Fullerengehalt sehr ungleichmäßig verteilt ist, können Käufer derzeit nicht darauf vertrauen, dass sie tatsächlich ein fullerenhaltiges Produkt erwerben.

Literatur

Berezkin, V.I.: A soot model for the genesis of Karelian Shungits (2005): Russian Geology Geologiya and Geophysics i Geofizika Vol. 46, No. 10, pp. 1093-1101
Martino, R. (2013): Schungit - Stein der Lebensenergie, Mankau-Verlag, 2. Aufl.
Reznikov, V.A., Polekhovski, Yu.S. (2000): Amorphous Shungite Carbon: A Natural Medium for the Formation of Fullerenes.

 

Detaillierte Informationen zu diesem Gestein finden Sie in unserem Newsletter-Archiv.

 

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