kunstbus

Ben jij de slimste mens? Test je kennisniveau op YaGooBle.com.
Dit artikel is 27 01 2018 16:57 voor het laatst bewerkt.

CO2-opslag

Nederland streeft naar een reductie van 40 megaton (Mton) CO2-equivalenten per jaar in 2010. (Equivalenten betekent: elk land kan kiezen welke broeikasgassen het reduceert. Via een equivalententabel kan men deze stoffen omrekenen in CO2.)

De helft van deze 40 Mton reductie moet plaatsvinden in Nederland. De andere helft in het buitenland via de handel in CO2-emissierechten. Handel in emissierechten houdt het volgende in: bedrijven of landen die hun koolstofdioxide-uitstoot meer verlagen dan ze verplicht zijn, kunnen deze extra verlaging verkopen aan bedrijven of landen die daar meer moeite mee hebben. De Nederlandse overheid heeft een CO2-reductieplan opgesteld. Voor de realisatie van het klimaatbeleid is 681 miljoen euro gereserveerd. 425 miljoen euro hiervan is bestemd voor de stimulering van investeringsprojecten.

Nederland tracht deze enorme CO2-reductie langs verschillende wegen te bereiken:
 • door grootschalige inzet van duurzame energie (uit bijvoorbeeld wind en biomassa);
 • door het tegengaan van energieverlies;
 • door het afvangen van koolstofdioxide bij energieproductie, gevolgd door langdurige ondergrondse opslag;
 • door fossiele brandstoffen te ‘ontkolen’ voordat ze verbrand worden. Bij dit ontkolingsproces komt waterstof en CO2 vrij; het CO2 wordt in de ondergrond opgeslagen. Waterstof is een vrijwel schone brandstof. Door het omzetten van fossiele brandstof in waterstof kan een brug worden geslagen naar een duurzame energievoorziening op basis van waterstof.

Voor de opslag van CO2 bestaan verschillende mogelijkheden. Men kan de opslagmogelijkheden indelen in:
 • Bovengrondse opslag: hierbij valt te denken aan bebossing en landbouw (in woestijnen!).
 • Ondergrondse opslag: de belangrijkste mogelijkheden zijn opslag in gas- en olievelden, in steenkoollagen en in aquifers (een watervoerende laag in de ondergrond, bijvoorbeeld zand.)
 • Opslag in water: op de oceaanbodem en in algen.

De uitstoot van broeikasgassen in de wereld is te groot, vooral in de ontwikkelde landen. Bovendien neemt de wereldwijde CO2-opname door planten af, vanwege de grootschalige houtkap in het tropisch regenwoud. Men neemt aan dat dit zorgt voor een toenemen van het broeikaseffect. Door dit versterkte broeikaseffect neemt de gemiddelde temperatuur op aarde toe. Sinds 1900 is de temperatuur in Nederland meer dan 1 ºC gestegen en mondiaal ongeveer 0,8 ºC. Een daling van de uitstoot van broeikasgassen is gewenst om klimaatverandering te voorkomen. Het koolstofdioxidegehalte van de atmosfeer dreigt tot een duizelingwekkende hoogte te stijgen. Je zou kunnen zeggen dat wij mensen dat wat de aarde in honderden miljoenen jaren heeft vastgelegd aan koolstof - in ondergrondse voorraden als steenkool, gas en olie - in ongeveer 150 jaar weer omzetten tot CO2-gas in de atmosfeer. Dat is vragen om moeilijkheden zou je zeggen. In de hele wereld wordt dan ook gezocht naar oplossingen. Een van de meest voor de hand liggende oplossingen is het terugdringen van het energiegebruik. Maar dat staat op gespannen voet met de economische ontwikkeling. Veelbelovend lijken de diverse opslagmogelijkheden waar men ook in Nederland aan werkt.

Wat is CO2?
De chemie en de biologie van CO2 zijn o.a. van belang voor het megastromenverhaal. De natuurkundige eigenschappen spelen een rol bij opslag en vervoer.

De kringloop waarbij CO2 betrokken is heeft natuurlijk alles te maken met fotosynthese. Via de fotosynthese zijn de C-atomen in organische verbindingen in planten terechtgekomen en via voedselketens vervolgens in dieren. Na hun dood zijn deze organismen deels in de bodem terechtgekomen en in miljoenen jaren in aardolie, aardgas of steenkool omgezet. Deze fossiele brandstoffen gebruiken wij voor verbranding, waarbij weer CO2-gas vrijkomt.

CO2-opname water
Zeeën en oceanen remmen het broeikaseffect door de opname van CO2. Dat gebeurt langzaam, maar de capaciteit om CO2 op te nemen is zeer groot: alle zeeën en oceanen samen nemen meer dan 40% van de totale CO2-emissie op.

Zeewater neemt op twee manieren CO2 op:
1. Omdat het CO2-gehalte van de lucht hoger is dan dat van het zeewater, diffundeert de CO2 vanuit de lucht het zeewateroppervlak in. In de winter koelt het oppervlaktewater in koude poolzeeën af, waardoor het iets zwaarder wordt. Hierdoor zakt het (door zijn eigen gewicht) naar de diepzee.

2. Door vastlegging van CO2 in algen onder invloed van zonlicht (fotosynthese). Algen groeien in het oppervlaktewater en vormen hun celmateriaal door CO2 uit het zeewater op te nemen. Daardoor daalt het CO2-gehalte van het zeewater en kan er weer CO2 vanuit de lucht het zeewater in diffunderen. De algen worden opgenomen in de voedselketen of dwarrelen naar de bodem als ze doodgaan.

Wanneer het CO2-gas in het water komt kan het in verschillende stoffen worden omgezet. Welke dat zijn hangt sterk af van de zuurgraad of pH. Wanneer CO2 zich heeft gebonden aan H2O ontstaat er koolzuur of H2CO3. Dit kan vervolgens splitsen in H+ en HCO3- (waterstofcarbonaationen). Een deel hiervan kan weer splitsen in H+ en CO32- (carbonaationen). De opdeling heeft dus plaats d.m.v. twee evenwichten die worden gestuurd door de twee waarden van de zuurconstante Kz (pH = pKz – log([zuur]/[base])).

Verwering van kalk- en silicaatgesteente onttrekt onder invloed van water CO2 aan de atmosfeer. Het daarbij gevormde koolzuur lost op in water en reageert vervolgens met het gesteente:
Ca2+CO32-(s) + CO2(aq) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq)

Bij de huidige warmte en pH van het zeewater zal vorming van waterstofcarbonaationen plaatsvinden! Hetzelfde zien we bij andere mineralen zoals silicaten:
Ca2+SiO32-(s) + H2O(l) + CO2(aq) → Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq) + SiO2(s)

CO2-emissie zeewater
Er kan dus CO2 worden opgenomen, maar ook weer CO2 worden gevormd! Bv bij pH-daling of temperatuurstijging van zeewater:
Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq) → Ca2 + CO32-(s) + CO2(g) + H2O(l)
Dit gebeurt vooral door de kleine zeeorganismen Foraminifera en Haptophyta (kalkalgen), waarvan de uitwendige skeletten na afsterven van de organismen kalksedimenten vormen, en door koralen die uit calciumcarbonaat koraal opbouwen. Boven koraalriffen is de CO2-concentratie dan ook meetbaar hoger dan elders in de oceaan. Geschat wordt dat alle riffen bij elkaar (285.000 km²) 0,64 Gt calciumcarbonaat per jaar vastleggen. Van het daarbij gevormde CO2 komt een deel in de atmosfeer terecht.

Algen lijken niks bijzonders. Ze zijn hooguit irritant als er teveel van in je vijver groeien of als ze het terras overwoekeren. Toch staan algen aan de basis van al het andere leven op aarde. Zij waren in de evolutie de eerste organismen die CO2 om konden zetten in zuurstof en zij hebben daarmee de aarde leefbaar gemaakt voor complexer leven. De algen van onze tijd zijn volgens sommige onderzoekers en bedrijven uitermate geschikt als bron van vitamines en andere voedingsstoffen, en van energie (biobrandstof). De grootste algenproducent van Europa vinden we in Nederland: Ingrepro BV in Borculo (Gld) probeert als eerste Nederlandse bedrijf ‘een deel van de schepping te herhalen’. Het bedrijf kweekt eencellige groene algen. Met 7000 vierkante meter vijveroppervlak (binnenkort 13.000) is de productie nog bescheiden, maar de ambities zijn groot. Ambities die worden gevoed door de bijzondere eigenschappen van de gekweekte algensoort, Chlorella. Ingrepro wil met deze algen CO2 omzetten in voedsel en biodiesel. Ontdekt in 1890 door de Nederlandse microbioloog Beyerinck staat de alg Chlorella bekend om zijn hoge productiviteit. Met dertig tot veertig ton droge stof per hectare is de opbrengst hoger dan van welk landbouwgewas ook. Bovendien bevat het plantje veel eiwitten, vrijwel het hele alfabet aan vitaminen, sporenelementen en circa veertig procent olie met gezonde omega-3 vetzuren. Chlorella is dan ook zeer populair in het alternatieve voedingscircuit.

CO2-opslag in planten op land
Als groene planten in het licht staan, nemen zij CO2 op. Planten zetten, onder invloed van licht, CO2 en water om in koolhydraten en zuurstof. We noemen dit fotosynthese. De CO2 halen de planten uit de lucht. Het groene pigment in de bladeren (chlorofyl) absorbeert de stralingsenergie (het licht). Per jaar wordt er op deze manier – mondiaal gezien – ongeveer 120 Gt C (koolstof) vastgelegd in organische stoffen. (Gt = Gigaton, in dit geval berekend op koolstofbasis.)

Daarnaast heeft er, vooral ’s nachts, ook verbranding plaats en na het afsterven van de planten ook rotting. Hierbij komt mondiaal per jaar ongeveer 116 Gt C vrij. Er is dus sprake van een "gat in de koolstofcyclus". Men neemt aan dat de oorzaak hiervan zich op het vasteland van het noordelijk halfrond bevindt. Er wordt hier op bepaalde plaatsen, buiten verwachting, nog steeds CO2 vastgelegd.

Gas, damp, vloeistof
CO2 komen we normaal gesproken in kleine hoeveelheden in de lucht tegen. Het heeft dan vooral eigenschappen van een gas: het heeft een volume V, oefent een druk p (in Pa) uit en heeft een temperatuur T (in K). Dat deze drie eigenschappen met elkaar samenhangen, zien we in de algemene gaswet pV = nRT, waarin:
 • p = druk in pascal (Pa)
 • V = volume in kubieke meter (m3)
 • n = de hoeveelheid stof in molariteit (mol)
 • R = gasconstante (= 8,31 Jmol-1K-1)
 • T = temperatuur in Kelvin (K).

De luchtdruk zoals we die meten is de som van de partiële drukken, dit zijn de drukken van de afzonderlijke gassen waaruit de lucht bestaat. Droge lucht bestaat uit stikstof, zuurstof, argon en koolstofdioxide. In onderstaande tabel is dit weergegeven:

Gas:Volume in droge lucht:
Stikstof (N2)78,09 %
Zuurstof (O2)20,94 %
Argon (Ar)0,93 %
Koolstofdioxide (CO2)0,04 %

Kritieke temperatuur
CO2 is eigenlijk geen gas, maar een damp. Boven de kritieke temperatuur is een stof bij samenpersen niet meer vloeibaar te maken. We spreken dan van een gas. Onder de kritieke temperatuur is de stof bij samenpersen wel vloeibaar te maken. We spreken dan van een damp. Overigens wordt in het dagelijks leven dit onderscheid minder zorgvuldig gehanteerd. Een "damp" wordt vaak "gas" genoemd.

Zo is de kritieke temperatuur van zuurstof 154 K (= -119 ºC). Zuurstof is bij kamertemperatuur dus echt een gas. In een zuurstoffles zit dus gasvormig zuurstof. De kritieke temperatuur van water is 647 K (= 374 ºC). Bij kamertemperatuur is het dus een damp, waterdamp, dat door samenpersen vloeibaar is te maken.

De kritieke temperatuur van CO2 ligt iets boven kamertemperatuur. Eigenlijk moeten we dus over CO2-damp spreken i.p.v. CO2-gas. CO2 is bij kamertemperatuur vloeibaar te maken. In de brandblusser zit dus CO2-vloeistof samen met CO2-damp.

Superkritische toestand
Boven de kritieke temperatuur spreken we dus over een gas. Echter bevindt het CO2 zich ook nog boven de kritieke druk pc dan krijgt het heel bijzondere eigenschappen. Het onderscheid tussen gas en vloeistof valt weg. We spreken van de superkritische toestand. De stof krijgt dan zowel gas- als vloeistofeigenschappen. Dichtbij het kritieke punt (Tc,pc) zijn de dichtheden van gas en vloeistof even groot.


p-T diagram: druk uitgezet tegen Temperatuur
In de afgesloten cilinder a bevindt zich boven de vloeistof verzadigde damp. Er is evenwicht: er verdwijnen evenveel dampmoleculen door condensatie als er bij komen door verdamping van de vloeistof. De damp is verzadigd en de dampdruk heeft een vaste waarde: de verzadigingsdruk. Deze hangt alleen van de temperatuur af en niet van de hoeveelheid vloeistof. Als we de temperatuur verhogen zullen de moleculen sneller bewegen en zullen er bovendien eventjes meer moleculen verdampen dan condenseren. De verzadigingsdruk neemt toe. In het p-T diagram (10a) zie je hoe de verzadigingsdruk toeneemt met de temperatuur T.
Als alle vloeistof verdampt is voordat de kritieke temperatuur Tc bereikt is, zal verdere temperatuurstijging tot gevolg hebben dat de damp niet meer verzadigd is. De dampdruk p en de temperatuur T voldoen dan aan de algemene gaswet. Is er nog wel voldoende vloeistof dan zal op een gegeven ogenblik de kritieke temperatuur bereikt worden. Er treedt dan een vreemd verschijnsel op: het onderscheid tussen vloeistof en damp verdwijnt. De stof bevindt zich in de superkritische toestand.
Voor water geldt: Tc= 647 K en pc= 22,1.106 Pa = 221 bar.
Voor CO2 geldt: Tc = 304 K en pc = 7,3.106 Pa = 73 bar.

ρ-T diagram: dichtheid uitgezet tegen Temperatuur
In figuur b bevinden de vloeistof en de verzadigde damp zich onder een beweegbare zuiger. De vloeistof heeft een bepaalde dichtheid en de verzadigde damp een andere. Als we bij een vaste temperatuur de zuiger naar beneden bewegen zal er waterdamp condenseren tot er weer evenwicht bereikt is. De verzadigingsdruk van de damp blijft daarbij gelijk. Er is damp en vloeistof. We kunnen de zuiger naar beneden bewegen tot alle waterdamp gecondenseerd is. De zuiger raakt dan het wateroppervlak. Dit is punt B in het ρ-T diagram van figuur 10b. De dichtheid ρ is in B de dichtheid van de vloeistof. Als we de zuiger omhoog bewegen verdampt er steeds meer vloeistof. De damp blijft verzadigd. Als alle vloeistof juist op is, zijn we op punt A in het ρ-T diagram aangeland. De dichtheid ρ is hier de dichtheid van de verzadigde damp. Bij een hogere temperatuur zal de verzadigingsdruk toenemen en dus ook de dampdichtheid, terwijl de dichtheid van de vloeistof door uitzetting minder zal worden. In het diagram laat zich op de onderste tak de dichtheid van de damp aflezen en op de bovenste tak de dichtheid van de vloeistof. Als we de temperatuur nog verder verhogen zullen precies bij de kritieke temperatuur de twee takken samenkomen. De dichtheid van de damp is dan gelijk aan de dichtheid van de vloeistof. Het verschil tussen vloeistof en damp verdwijnt: de stof bevindt zich in de superkritische toestand.

Samenvattend spreken we over:

Een damp, T,de stof is alleen door samenpersen vloeibaar te krijgen.
Een gas, T>Tc; p,de stof is niet door samenpersen vloeibaar te krijgen.
Een superkritische toestand, T>Tc en p>pc, gastoestand en vloeistoftoestand vallen samen.

De ‘normale’ druk, de luchtdruk, wordt veroorzaakt door de gassen boven ons. Die gassen drukken op ons, omdat de zwaartekracht van de aarde ze aantrekt. Diep onder water of onder de grond is de druk veel groter dan de luchtdruk aan het aardoppervlak, tengevolge van het gewicht van de bovenliggende massa’s. Er worden experimenten gedaan om te kijken of je CO2 ondergronds kunt opslaan in bijvoorbeeld oceanen of uitgeputte olie- en gasvelden. Onder dat soort omstandigheden heerst een grote druk en zal CO2 vloeibaar of superkritisch zijn: vloeibaar in de koele oceaan en superkritisch in de onderaardse olie- en gasvelden.

Vast CO2
De fase van CO2 - zijn verschijningsvorm - hangt af van de druk en temperatuur. Onder hoge druk kan de damp condenseren tot een vloeistof. Onder ‘normale’ druk wordt CO2 zelfs meteen vast bij een temperatuur van -79 °C. Dit CO2 in de vorm van een vaste stof wordt ook wel koolzuursneeuw of droogijs genoemd. Bij verwarming sublimeert het, d.w.z. het gaat direct over van de vaste fase in de dampfase zonder eerst vloeibaar te worden.

Oplosbaarheid
De oplosbaarheid van CO2 hangt ook af van de temperatuur. Bij hogere temperaturen neemt de oplosbaarheid van CO2 in water af. Het CO2 lost dan minder goed op. De temperatuur bepaalt dus mede waar het CO2 zich bevindt op aarde: opgelost in de oceanen, of als damp in de atmosfeer. Naarmate de gemiddelde temperatuur op aarde toeneemt, komt er meer CO2 uit het water in de lucht, waardoor het broeikaseffect toeneemt, zodat de temperatuur nog meer stijgt, enz. Dit effect op het klimaat versnelt zichzelf dus (positieve terugkoppeling).

Viscositeit
Bij de opslag en vooral bij het transport van CO2 speelt de viscositeit (= stroperigheid) een rol. Bij kamertemperatuur en onder normale druk is CO2 een gas (eigenlijk een damp) en is de viscositeit verwaarloosbaar klein. Echter de omstandigheden waaronder CO2 wordt opgeslagen en getransporteerd zijn zo extreem, dat CO2 de eigenschappen van een vloeistof gaat vertonen en de viscositeit bij het transport wél een rol speelt.

De viscositeit is dus sterk afhankelijk van de temperatuur. De grootte van de viscositeit wordt weergegeven door de viscositeitcoëfficiënt η. Deze is te bepalen met de volgende proef: men laat een kogeltje vallen door een glazen buis met daarin de te onderzoeken vloeistof. Het kogeltje bereikt na enige tijd een constante snelheid. Deze constante snelheid wordt gemeten. Als de dichtheid van het kogeltje en van de vloeistof bekend zijn, is de viscositeitcoëficiënt η te berekenen met een formule:
η = (ρkogeltje - ρvloeistof) . (2.r2.g/9.v)
Waarin:
• η= viscositeit in centipoise (mPa.s)
• ρ= dichtheid van het kogeltje resp. de vloeistof in kilogram per kubieke meter (kg/m3)
• r = straal van het kogeltje in meters (m)
• g = valversnelling (= 9,81 m/s2)
• v = eindsnelheid van het kogeltje in meter per seconde (m/s).

De S.I.-eenheid van viscositeit is kg/m.s of Pa.s (pascalseconde). Vaak wordt ook de centipoise gebruikt. 1 centipoise = 1mPa.s (millipascalseconde).

De viscositeit in mPa.s bij 20 graden Celcius van water is 1, bloed is 10 en glycerine is 1000. De viscositeit in mPa.s bij 0 graden Celcius van CO2 is 0,014.

Het Fluor-Daniel-systeem
Er bestaat een systeem om uit een gasmengsel het CO2 te verwijderen. Als absorbens gebruikt men hierbij een amine (MEA). In de absorber bindt dit amine CO2 bij lage temperatuur en hoge druk. Via een warmtewisselaar gaat het amine met het CO2 naar een desorber die een hogere temperatuur heeft en onder lage druk staat.

Vooral grote industrieën in Nederland produceren megahoeveelheden CO2. Sommige doen dat in tamelijk zuivere vorm, andere produceren het gemengd met andere gassen. Voor opslagdoeleinden zal men deze laatste mengsels dus moeten scheiden. Dit maakt de kosten voor opslag natuurlijk hoger. Wanneer men tamelijk zuivere CO2 heeft, kan men aan opslag denken. Er zijn plannen om in Nederland speciaal voor dit CO2 een leidingennetwerk aan te leggen.

De opslag in steenkoollagen
Steenkool is een kaustobioliet. ( "Kaustos" staat voor verbranden, "bio" voor leven en "liet" komt van "lithos", wat steen betekent. Kaustobioliet betekent dus: steen die uit oorspronkelijk levend materiaal is gevormd en die je kunt verbranden.) Steenkool is ontstaan uit planten die leefden in moerassig gebied. Daar hoopten resten van afgestorven planten zich onder water op, omdat er in het zuurstofarme water geen afbraak kon plaatsvinden. Er ontstond een dikke laag plantaardige resten: een veenlaag. Deze werd vervolgens door steeds nieuwe lagen sediment bedekt. In de loop van miljoenen jaren steeg daardoor de druk en de temperatuur in de veenlaag zodanig dat steeds meer water en gassen eruit werden geperst. De chemische samenstelling en de structuur van de verbindingen veranderde. De veenlaag veranderde in turf, deze ging over in bruinkool en als het proces nog verder doorging, ontstond steenkool. Dit proces wordt inkoling genoemd. In de loop van dit proces wordt het koolstofgehalte van het overblijvende product steeds hoger. Bij de inkoling ontstaan gassen. Hoeveel gas geproduceerd wordt hangt af van de temperatuur en de druk waarbij de inkoling plaatsvindt.

Koolstofgehalten (inkolingsgehalten) van de stoffen die bij inkoling achtereenvolgens ontstaan:
Turf < 60%
Bruinkool 60-77%
• Steenkool 77-97%

Steenkool valt ook nog weer te verdelen in 5 groepen:
• Vlamkolen                77-80%
• Gaskolen                  80-85%
• Vetkolen                   85-87%
• Ess- of magerkolen  87-91%
• Antraciet                   91-97%

Zowel turf als steenkool en bruinkool worden op grote schaal uit de grond gehaald en gebruikt als brandstof. Hoe hoger het koolstofgehalte, hoe meer energie er vrijkomt bij de verbranding, dus des te beter is de betreffende stof als brandstof te gebruiken.

Het ‘Enhanced Coalbed Methane process’ slaat twee vliegen in één klap: CO2 wordt opgeslagen in steenkoollagen in de bodem en tegelijkertijd wordt er methaan (CH4) uit gewonnen. De injectie van CO2 in steenkoollagen in de bodem is een nieuwe techniek waaraan nog het nodige ontwikkelingswerk valt te verrichten. Ook Nederland doet veel onderzoek op dit gebied. De techniek is gebaseerd op het gegeven dat CO2 zich aan steenkool kan hechten (dit wordt adsorptie genoemd) en daarbij nagenoeg zuiver methaan vrijmaakt. Methaan kan weer als brandstof gebruikt worden, het is het belangrijkste bestanddeel van aardgas. Als CO2 door een steenkoollaag wordt geperst, wordt het methaan dat geadsorbeerd is aan de steenkool door het CO2 verdrongen, omdat CO2 een sterkere binding heeft met de kooldeeltjes. Hierdoor komt het methaangas vrij en kan het gewonnen worden. Als je het methaangas als brandstof gebruikt, komt er per molecuul methaan 1 molecuul CO2 vrij. Maar bij gelijke druk en temperatuur wordt er door steenkool ongeveer 2 keer zoveel CO2 geadsorbeerd als methaan. In de ruimte die vrijkomt door het verdrijven van het methaangas kun je dus twee keer zoveel CO2 kwijt als er ontstaat door het verbranden van de hoeveelheid uit deze ruimte gewonnen methaan

In vergelijking met opslag van CO2 in andere bodem/aardlagen heeft opslag van CO2 in steenkoollagen als voordeel dat het CO2 zich aan de steenkool bindt en dus zijn gasvorm verliest, waardoor een afsluitende toplaag tegen het weglekken van het gas overbodig is. In veiligheidsopzicht is CO2 in gasvorm het meest risicovol, de aan steenkool gebonden vorm is dat juist het minst.

De opslag van CO2 in steenkoollagen staat in Europa nog in de kinderschoenen. Dat heeft alles te maken met de ‘leeftijd’ van de steenkool. De steenkool in Europa dateert uit het Carboon (300 miljoen jaar geleden). In Amerika beschikt men over lagen uit het Krijt (ca. 100 miljoen jaar geleden) bv. in de staat Colorado. Deze lagen zijn vanwege de structuur geschikter om het koolstofdioxidegas te adsorberen. Hier bevinden zich dan ook ongeveer 3000 boorputten waar men CO2 injecteert en CH4 wint. Tien procent van de totale Amerikaanse methaanproductie komt zo tot stand!

Conventionele methaangasproductie uit kolen (in de USA al ongeveer 10% van al het aardgas) gebeurt via drukverlaging in de kolenlagen. De drukverlaging wordt behaald door het aanwezige water weg te pompen. Deze gasproductie-operaties zijn vaak meer waterproductie-operaties dan iets anders. Je ziet dan ook meestal "ja-knikkers" op zulke velden staan, voor het water. Het methaangas desorbeert bij lagere druk uit de kolen weg, en borrelt met het opgepompte water naar boven.
Het interessante is inderdaad dat de kolen liever CO2 adsorberen dan methaan, dus de gasproductie kan worden verhoogd/versneld door CO2 te injecteren. Het is waarschijnlijk nog steeds noodzakelijk om toch ook in dat geval eerst het water weg te pompen. Shell heeft aanwijzingen gevonden (en gepubliceerd) dat dat inderdaad zo kan zijn. Opnieuw is het misschien een kwestie van tot welk detail je wilt gaan. Maar het blijft een feit dat de huidige methaanproductie uit kolen op behoorlijk grote schaal in de USA wordt uitgevoerd, en dat daar (nog) geen CO2 injectie aan te pas komt. Het mooie van de uitbreiding met CO2 is dat je twee vliegen in 1 klap vangt: meer methaanproductie in combinatie met opslag van CO2.

Glastuinbouw
In de glastuinbouw wordt CO2 gebruikt als "gasvormige bemesting". Planten hebben CO2 nodig voor de fotosynthese. Als het CO2-gehalte in de kas wordt verhoogd, groeien de planten beter en sneller. Uit onderzoek blijkt dat de fotosynthese, uitgedrukt in koolstoftoename per cm2 belicht bladoppervlak, toeneemt met 30 tot 50% als de CO2-concentratie wordt verdubbeld t.o.v. normaal! Met "normaal" bedoelt men dan 360 ppm.
Glastuinders gebruiken hun verwarming om het CO2-gehalte van de lucht in de kas te verhogen: ze laten de schoorsteen van de gaskachel in de kassen uitkomen. In de zomer moeten ze dan alleen voor CO2 stoken en dat is duur. Er is een andere oplossing bedacht: afval-CO2 van Shell wordt naar de tuinders gebracht. Speciaal daarvoor is de ondernemig OCAP opgericht: Organic Carbondioxide for Assimilation of Plants. OCAP is een joint venture tussen gassenleverancier Linde Gas Benelux (het voormalige Hoek Loos) en bouwconcern VolkerWessels. OCAP levert zuivere CO2 aan glastuinders in het Westland, de B-driehoek, Delfgauw en Wilgenlei. Deze CO2 is een ‘afvalproduct’ van de waterstofproductie bij Shell in de Botlek. OCAP levert deze CO2 via een bestaande pijpleiding en een nieuw distributienet aan de tuinders. Door CO2 van OCAP af te nemen, besparen tuinders in totaal ongeveer 95 miljoen kubieke meter aardgas per jaar en vermindert de CO2-uitstoot jaarlijks met circa 170.000 ton. Dubbele winst dus, voor het klimaat én voor de glastuinbouw.

Een andere mogelijk interessante ontwikkeling in de glastuinbouw biedt het SCARLET project. De glastuinbouw blijft altijd na de oogst met grote hoeveelheden plantenresten zitten. Men noemt dit organische reststromen. De bedoeling van het project SCARLET is om deze biomassa te benutten voor de productie van waterstof en CO2, waarbij de waterstof wordt gebruikt voor het opwekken van elektriciteit en warmte, en het CO2 voor de ‘bemesting’ van de planten in de kassen. De Nederlandse glastuinbouw produceert jaarlijks 400.000 ton organische reststof, waaruit met de SCARLET - technologie ruim 75 miljoen m3 aardgasequivalent energie kan worden geproduceerd.
De technologie waarvan SCARLET gebruikmaakt, is de thermische behandeling van biomassa met behulp van superkritisch water. Meer dan 70 procent van de energie in de biomassa komt dan vrij in de vorm van waterstof die op een schone manier kan worden verbrand om elektriciteit en warmte op te wekken. Met behulp van expansie kan ook het geproduceerde CO2 worden gebruikt voor de productie van elektriciteit. Vervolgens is het CO2 te gebruiken voor de ‘bemesting’ in de kassen. Omdat dit proces in water verloopt, is deze technologie speciaal geschikt voor natte reststromen zoals die in de glastuinbouw vrijkomen. Er bestaan nog veel meer natte reststromen. Het toepassingspotentieel is dan ook veel groter. Dit onderzoeksproject liep tot eind 2007.

CO2-opslag in zeewater
Hoe zouden de eigenschappen van de oceanen gebruikt kunnen worden om het versterkte broeikaseffect tegen te gaan? Met andere woorden: hoe kunnen we meer CO2 in de oceanen opslaan?

Optie 1: Het stimuleren van algengroei
Meer algen betekent meer opslag van CO2. Om algengroei in de oceaan te bevorderen zou grootschalige bemesting met ammoniumnitraat of een vorm van fosfaat moeten plaatsvinden, want het tekort aan voedingsstoffen (stikstof, fosfor en andere mineralen) is de beperkende factor voor de algengroei.
Probleem: De stoffen die door de moderne landbouw als kunstmest worden gebruikt zijn op het land hard nodig. De reserves van kunstmest zouden snel uitgeput raken. Bovendien is er nog geen zicht op of op deze manier CO2 langdurig gebonden wordt. En de ecologische gevolgen zijn niet te overzien.

Optie 2: CO2-injectie in de diepzee
Als we veel CO2 kunstmatig in de diepere lagen van de oceaan zouden kunnen injecteren, zou de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer teruggebracht kunnen worden. De natuurlijke uitwisseling van koolstofdioxide tussen oceaan en atmosfeer speelt zich af op het grensvlak: de oppervlaktewateren. Deze mengen zich nauwelijks met het diepere oceaanwater. Volgens enkele Japanse onderzoekers kan CO2 worden opgelost in de diepzee door het via een drie kilometer lange pijplijn in de diepe lagen van de oceaan te pompen. Probleem: extra CO2 maakt het diepzeewater zuurder. De gevolgen hiervan voor het milieu moeten nog onderzocht worden.

Yann Bozec van het NIOZ (Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee – Texel) heeft onderzoek gedaan naar het vermogen van de Noordzee om CO2 op te nemen. In de Noordzee groeien relatief veel algen. Deze vormen de basis van een veel rijkere voedselketen dan die in de Atlantische Oceaan. Hierdoor is het water dat de Noordzee uitstroomt veel rijker aan organismen (en koolstof bevattende afvalproducten daarvan) dan het instromende oceaanwater. Als we de hoeveelheid vastgelegde CO2 in de Noordzee extrapoleren naar alle kustzeeën van de wereld, dan blijkt dat deze samen ongeveer twintig procent van de totale CO2-opname van alle wereldzeeën voor hun rekening nemen, terwijl hun oppervlak slechts zeven procent is. Kustzeeën nemen CO2 dus veel efficiënter op dan de open oceanen.

CO2-opslag in gasvelden
De meest voor de hand liggende plek om overtollig CO2 op te slaan in Nederland lijkt in lege of economisch niet meer interessante gasvelden. Dit zijn in feite poreuze steenlagen die onder een dikke, buigzame en goed afsluitende laag steenzout liggen. Deze methode heeft als bijkomend voordeel dat de bodemdaling die vaak optreedt na het winnen van aardgas wordt tegengegaan, als de druk waarmee het CO2 wordt opgesloten gelijk is aan de druk van het eerder opgesloten aardgas. In een kalkhoudende en waterrijke omgeving kan echter toch bodemdaling optreden doordat het kalk oplost in CO2-houdend water.

Probleem is om het CO2 tegen aanvaardbare kosten bij de gasvelden te krijgen. Omdat een netwerk van CO2-leidingen een erg grote investering vergt, ligt het meer voor de hand om nieuwe aardgasgestookte energiecentrales in de buurt van de aardgasvelden in Groningen en Friesland te bouwen. Deze centrales verbranden het gewonnen aardgas waarbij energie vrijkomt, waarna het CO2 dat ontstaat bij de verbranding weer terug in de gasvelden wordt gepompt.

Een andere manier van "aardgasverwerking" is het omzetten van aardgas in CO2 en waterstof (H2), direct na het winnen van het aardgas. De geproduceerde CO2 wordt ook bij dit procedé direct teruggepompt in de grond.

Het voordeel van CO2-opslag in aardgasvelden is niet alleen dat bodemdaling als gevolg van de aardgaswinning wordt voorkomen, maar ook dat de CO2 het aardgas uit de bodem drukt: het CO2 functioneert als drijfgas. Wel dient men ervoor te zorgen dat vermenging van CO2 met aardgas wordt voorkomen. De opslag van CO2 in lege gasvelden zal, naar verwachting, weinig problemen opleveren. Omdat deze gasvelden het aardgas duizenden jaren hebben vastgehouden, kunnen we ervan uitgaan dat ze gasdicht zijn. Desondanks wil men via het CATO-project (CO2-afvang, transport en opslag) toch onderzoeken wat de fysisch-chemische interactie zal zijn, ook op langere termijn bezien, tussen de opgeslagen CO2 en het reservoirgesteente. Mogelijk dat CO2 zich iets anders gedraagt dan het sinds miljoenen jaren "bewaarde" methaan. Niet alle lege gasvelden in Nederland zijn beschikbaar voor CO2-opslag: enkele worden al sinds 1997 gebruikt voor de ondergrondse opslag van een hoeveelheid aardgas als wintervoorraad.

CO2-opslag in olievelden
De injectie van CO2 in olievelden is vergelijkbaar met die in aardgasvelden. Door de injectie van CO2 wordt de olieproductie verhoogd. Het bedrijf Kinder Morgan kan via een CO2-leidingennetwerk grote hoeveelheden CO2 aanvoeren naar oliebronnen. Dit proces is in de jaren zestig opgestart door Shell. Shell bracht de CO2 die als ‘afval’ overbleef bij de zuivering van aardgas uit gasvelden in Colorado en Wyoming naar de olievelden van Texas (Wasson-olieveld) om daar de olieproductie te verhogen. Het bleek dat menging van CO2 met ruwe olie de stugheid van de olie verminderde, waardoor deze mobieler werd en gemakkelijker produceerbaar. De olie raakte door de menging wel verontreinigd, maar het koolstofdioxide kon gemakkelijk worden verwijderd en opnieuw worden geïnjecteerd.

CO2-opslag in aquifers
Aquifers zijn zoutwaterhoudende lagen die zich diep onder het aardoppervlak bevinden. Het zoute water zit in de poriën van de gesteentelagen. Dit water kan niet als drinkwater worden gewonnen, omdat het zoutgehalte te hoog is. Als er CO2 in aquifers wordt gepompt, zal dit gedeeltelijk oplossen in het zoute water. Het is ook mogelijk dat het in sommige formaties zal reageren met silicaat zodat carbonaten en bicarbonaten ontstaan, die dan op deze manier miljoenen jaren "vast zitten". Men spreekt van fixatie.
Deze techniek werd voor het eerst op industriële schaal toegepast in het Noorse Sleipner-West-veld in de Noordzee, waar aardgas wordt gewonnen. Bij de zuivering van aardgas ontstaat CO2. Dit CO2 wordt in een waterhoudende laag zandsteen (een aquifer) gepompt, die zich 1000 meter onder de zeebodem bevindt. De aquifer is afgedekt door een kleipakket dat ondoorlaatbaar is voor gassen, zodat de CO2 in de laag blijft. Wat de uiteindelijke capaciteit is van dit soort lagen wordt nog onderzocht. Zeker is ondertussen wel dat de opslagmogelijkheid zeer groot is, veel groter dan de opslagcapaciteit in gas- en olievelden. Professor Peters (Princeton University): "Als al deze opslagmogelijkheden ten volle benut konden worden, dan zou de capaciteit genoeg zijn voor honderdduizenden jaren CO2-uitstoot." Eerst moet echter nog veel onderzoek gedaan worden, bijv. op het gebied van lekkage. Kleine lekkages in ondiepe zones kunnen een pH-verandering veroorzaken waardoor zware metalen zouden kunnen migreren. Het ecosysteem zou dan kunnen worden aangetast. Bij het onderzoek moeten dus ook milieudeskundigen betrokken worden.

Hoe opslag mogelijk ook zou kunnen uitwerken is gebleken op 12 augustus 1986 in Kameroen. Door onduidelijke oorzaken – hevige regenval, een aardbeving, een vulkaanuitbarsting? – is er een aanzienlijke hoeveelheid CO2 vrijgekomen uit het Nyos Meer in het westen van Kameroen. Omdat CO2 zwaarder is dan lucht, bleef de wolk CO2 dicht bij de grond, terwijl hij zich met een snelheid van 20 tot 50 km per uur voortbewoog. Dit heeft geleid tot de dood door verstikking van ongeveer 1700 mensen en van veel vee en andere dieren tot op 23 km afstand van het meer. Het water in de diepe lagen van Lake Nyos - dieper dan 200 meter - heeft een extreem hoge CO2-concentratie: het bevat 15 keer zijn eigen volume aan CO2. De CO2 is afkomstig van een vulkaan op de bodem van het meer. Door de druk van de 200 meter dikke waterlaag kan het CO2 normaal gesproken niet naar de oppervlakte komen.

Nabij Berlijn is men ook bezig met een project met als doel om CO2 op slaan in een aquifer. Het project heet ‘CO2sink’. Het is een samenwerkingsproject waar Shell ook bij betrokken is.

Kritiek
Prof. Salomon Kroonenberg, hoogleraar geologie aan de TU in Delft, stelt dat al die opslag maar onzin is. Hij vindt dat CO2 niet als afval gezien moet worden, maar juist als grondstof. Waarom ontwikkelen slimme chemici geen chlorofylachtige stoffen, die het CO2 met water en licht kunnen omzetten in organische stof? Met andere woorden: hij pleit voor ‘industriële fotosynthese’.

De binding aan olivijn
Het mineraal olivijn neemt een aparte plaats in bij de discussie over de opslag van CO2. Olivijn is een silicaat van ijzer en magnesium, een soort dubbelzout dus. In de industrie wordt het o.a. toegepast voor het neutraliseren van (overtollig) zwavelzuur. Het mineraal is in grote hoeveelheden beschikbaar op aarde. Het komt veel voor op plaatsen waar vulkanisme heerst of waar vulkanen uitgedoofd zijn. In de natuur wordt CO2 gebonden door basische gesteenten zoals olivijn. Naar schatting gaat het om 1,5 gigaton CO2 per jaar. Als we het olivijn zouden vergruizen, neemt het oppervlak van het mineraal enorm toe en wordt het proces van chemische verwering (afbraak) versneld. Bij de verwering van olivijn wordt CO2 gebonden, waarbij als producten magnesiumcarbonaat, siliciumdioxide (zand) en ijzer(III)oxide ontstaan. Het zijn allemaal in ecologisch opzicht onschuldige stoffen. Olivijn is het hoofdbestanddeel van de aardkorst: er is dus genoeg. En het is goedkoop. Dat er desondanks toch nogal wat haken en ogen zitten aan deze methode kun je lezen in het artikel op
http://www.kunstbus.nl/cultuur/olivijn.html

Creative Commons bronnen:
 • http://betavak-nlt.nl/dmedia/media/site-files/a8381/b502a/75629/13b5f/9fef1/nlt3-v118-CO2-opslag-versie1-3-Mei-2015.pdf - CO2-opslag: Zin of onzin?


Test je competentie op YaGooBle.com.

Pageviews vandaag: 62.