CO2 Opslag

ANW Keuzeopdracht H2: Teveel Co2; Wat doe je ermee?

Inhoud:
Deel I: Klimaatverandering
Deel II: CO2 Opslag
Deel III: Vragen

Deel I: Klimaatverandering

Inleiding
De afgelopen 100 jaar is de temperatuur op aarde met gemiddeld 0,6 graden toegenomen. Hierdoor is ook de zeespiegel met 10 tot 20 centimeter gestegen. Verschillende wetenschappers buigen zich nog over de vraag hoe groot de bijdrage van de mens hierin is.
Het staat vast dat de klimaatverandering het gevolg is van de verbranding van fossiele brandstoffen, zoals aardgas, steenkool en aardolieproducten. (o.a. benzine, kerosine en diesel)

Doordat de mens deze op zeer grote schaal verbrandt, komt er veel Co2 in de lucht, een van de belangrijkste oorzaken van het (versterkte) broeikaseffect.

Hoofdstuk 1: Het Natuurlijke Broeikaseffect

De aarde wordt verwarmd door de zon. Een gedeelte van de zonnestraling wordt door de atmosfeer terug de ruimte in gekaatst, een ander deel wordt omgezet in warmte op aarde. Ook deze warmte verdwijnt gedeeltelijk de ruimte in. Natuurlijke broeikasgassen, zoals waterdamp en CO2, zorgen ervoor dat de warmte die de aarde uitstraalt weer gedeeltelijk wordt teruggekaatst, doordat deze gassen een ‘deken’ om de aarde leggen. Dit noemt men het (natuurlijke) broeikaseffect. (Zie afbeelding 1)
Zonder het natuurlijke broeikaseffect zou de gemiddelde temperatuur op aarde op -18º Celsius bedragen, in plaats van de huidige 14,3º Celsius. Maar doordat de mens grote hoeveelheden broeikasgassen in de dampkring brengt, wordt dit natuurlijke broeikaseffect behoorlijk versterkt.

Afbeelding 1; Het Broeikaseffect.

Het broeikaseffect wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van bepaalde stoffen in de dampkring. De belangrijkste hiervan zijn:
-
koolstofdioxide (CO2): Dit gas komt vrij bij verbranding van fossiele brandstoffen.
Het is een kleurloos en onbrandbaar gas dat ongeveer 1,75 keer zwaarder is dan lucht. Boven een druk van 72,8 atmosfeer (en als de temperatuur beneden 31°C is), wordt koolstofdioxide vloeibaar.
-
methaan (CH4): ontstaat vooral in de landbouw en veeteelt. (koeienscheten)
-
distikstofoxide (N2O, lachgas): Ontstaat ook bij de verbranding van fossiele brandstoffen (steenkool)
- CFK’s. Dit zijn chloor-fluor-koolwaterstofverbindingen. Deze kwamen vooral voor als koelmiddel in koelkasten en in spuitbussen. Doordat deze tot 4x schadelijker zijn dan Co2, is het gebruik van deze middelen sinds enige jaren verboden.

Ook andere stikstofoxide, koolstofmono-oxide en andere organische stoffen hebben een indirecte invloed.

Hoofdstuk 2: Het Versterkte Broeikaseffect

De meeste van de stoffen die hierboven genoemd zijn, komen van nature al voor in de atmosfeer. Maar door de menselijke factoren, in het bijzonder de massale verbranding van fossiele brandstoffen, is gedurende de afgelopen twee eeuwen de concentratie van kooldioxide in de atmosfeer met ongeveer 30% toegenomen. (Zie afbeelding 2)
Maar ook de concentratie van andere broeikasgassen neemt toe: Sinds 1750 is de hoeveelheid methaan meer dan verdubbeld door de toename en intensivering van landbouw, vooral de veeteelt. De uitstoot van N2O lachgas nam toe met 15 procent, en ook de aanwezigheid van CFK's in de atmosfeer is slechts door menselijk handelen te verklaren.

Afbeelding 2. Mondiale Emissie

Gevolgen in Nederland
Bij een verdere wereldwijde groei van het gebruik van fossiele brandstoffen zal de gemiddelde temperatuur op aarde met ongeveer 2,5°C kunnen stijgen tot het jaar 2100.
Daardoor zal ook de zeespiegel gaan stijgen. De toename van de gemiddelde temperatuur op aarde zal naar verwachting ook leiden tot een intensivering van de hydrologische kringloop: in een warmere wereld neemt de verdamping toe, zodat ook de regenperioden naar verwachting zwaarder zullen zijn. Omdat de opwarming boven land sneller gaat dan boven de oceaan zullen de luchtcirculatiepatronen veranderen.
Al met al moeten we ervan uitgaan dat klimaatverandering gepaard gaat met overstromingen en droogten en met een verandering van extreme weersomstandigheden. Uiteindelijk kan het versterkte broeikaseffect leiden tot een destabilisatie van het wereldklimaat.

Hoewel veel Nederlanders een paar graadjes Celsius meer (afbeelding 3) niet erg zullen vinden, zijn er wel degelijk gevolgen waarmee rekening gehouden moet worden:

• Stijgende zeespiegel, doordat er veel ijs van de polen zal gaan smelten. Ook zullen de oceanen door de warmte gaan ‘uitzetten.’ Een snelle aanpak van zwakke schakels in de kustverdediging is noodzakelijk. Als gevolg van het broeikaseffect wordt deze eeuw een zeespiegelstijging tussen 20 en 85 centimeter verwacht. Ook neemt de winderigheid vanuit het westen met tien procent toe.
• Meer waterafvoer van rivieren door meer regen en het (sneller) smelten van gletsjers. Hierdoor neemt de kans op overstromingen toe.
• Rivieren zullen door het veranderende klimaat meer ruimte nodig hebben.
• Er zal meer regen vallen. Hierdoor hebben Nederlandse riolen het steeds meer moeite met het natter wordende klimaat.
• Exotische plaagdieren en algen
Door klimaatverandering neemt het aantal exotische insectenplagen toe. In Nederland zijn vele nieuwe soorten in opkomst.
• Ook het waterleven ondervindt de gevolgen van klimaatverandering. De komende eeuw zal de hoeveelheid schadelijke algen voor de Nederlandse kust ongekend sterk groeien als gevolg van de opwarming van het klimaat.

Afbeelding 3; Verwachte temperatuurstijging komende jaren.

Hoofdstuk 3: Verlaging CO2-concentratie

Voor al deze ontwikkelingen moeten oplossingen komen. Nederland zal maatregelen, o.a. kustversterking toe gaan passen. Hiermee worden de gevolgen aangepakt.
Nog belangrijker is, om het gehalte aan CO2 in de atmosfeer terug te dringen of op zijn minst zo stabiel mogelijk te houden. (Zodat het niet nog hoger wordt.)

Dit is natuurlijk een mondiaal probleem, en daarom zijn er ook met veel andere landen afspraken gemaakt tijdens diverse klimaattoppen.
In 2004 maakte het Carbon Dioxide Information Center van de Verenigde Naties cijfers bekend over de CO2 uitstoot door diverse landen. Bovenaan de lijst staat Amerika (22,2%), gevolgd door China (18,4%), de Europese Unie (11,4%), Rusland (5,6%), India (4,9%) en Japan (4,6%).
In het Kyoto-verdrag is een verplichtingperiode van 5 jaar opgenomen van 2008 tot 2012. In deze periode moeten alle geïndustrialiseerde landen gezamenlijk met de uitstoot van broeikasgassen ten minste 5 procent onder het niveau van het jaar 1990 komen. Nederland is verplicht de CO2-uitstoot in 2010 met 6 procent te reduceren ten opzichte van de niveaus van 1990, de Europese Unie als geheel moet 8 procent verminderen.
In Nederland zijn, net als in veel andere EU-landen en Japan, maatregelen genomen als een verhoging van de energiebelasting, energiebesparing in landbouw en industrie, het schoner maken van autobrandstof, en een terugdringing van het gebruik van de auto.
Toch lijken de hierboven beschreven maatregelen maar zeer weinig effect te hebben op de uitstoot van broeikasgassen. De vraag naar energie zal tussen 2005 en 2030 met 55% toenemen, een stijging van 1,8 procent per jaar.
Een groot gedeelte, meer dan 70% van deze groei in energieverbruik komt door de opkomende economieën als China en India. Deze twee landen hoeven, ook volgens het Verdrag van Kyoto, niets te doen aan hun Co2-uitstoot. (O.a. Omdat de regering niet over voldoende middelen zou beschikken om dat te bereiken.)
Bij ongewijzigd beleid bedraagt de wereldwijde stijging in uitstoot van broeikasgassen 60 procent Het meest positieve, 'klimaatvriendelijke', scenario gaat uit van een stijging van ongeveer 45 procent. De maatregelen in de Westerse landen zijn bij lange na niet genoeg om de toename in vervuiling van de opkomende markten te compenseren.
Deel II: Rapport Opslag CO2

Hoofdstuk 4: Inleiding

Probleem
Het klimaat verandert, vooral door de verbranding van fossiele brandstoffen.
Omdat China, India, de VS en Australië niet meedoen of geen maatregelen zullen treffen, is het effect van de Europese regels nihil. De bestaande maatregelen om de Co2-concentratie te verminderen werken onvoldoende. Er zijn andere of aanvullende oplossingen mogelijk om meer effect te behalen. Een daarvan is opslag van Co2 in de bodem of de oceanen. (Zie afbeelding 4)
Afbeelding 4; opslag van CO2.


Centrale Vraag
Hoe kan de hoeveelheid Co2 in de atmosfeer stabieler gehouden worden door CO2 af te vangen en op te slaan in de grond.

Eisen
Er zijn verschillende mogelijkheden om Co2 op te slaan. Deze moeten echter wel aan een aantal eisen voldoen:
• De opslagmogelijkheid moet mogelijk zijn met betrekking tot de bodemsoort.
• De mogelijkheid moet milieuvriendelijk zijn en zo min mogelijk Co2 uitstoten. (Bijvoorbeeld door transport).
• Het rendement en het effect moeten zo groot mogelijk zijn. (De grootte van de opslagcapaciteit.)
• De opslag van koolstofdioxide moet ongevaarlijk zijn en weinig overlast geven.
• Deze moet zo goedkoop mogelijk zijn en er moet zo veel mogelijk terugverdiend worden aan bijv. verkoop.

Hoofdstuk 5: Afvangen

Met CO2-opslag is het mogelijk fossiele brandstoffen te blijven gebruiken zonder dat dit bijdraagt aan het broeikaseffect.
Deze soort energieopwekking wordt ook wel 'schoon fossiel' genoemd.
Om CO2 op te kunnen slaan die is gevormd bij de verbranding van fossiele brandstoffen moet de CO2 afgescheiden kunnen worden van de rest van de rookgassen. Hiervoor bestaan verschillende technologieën waarbij de CO2 in verschillende fases van het proces voor 85 à 95% kan worden afgescheiden. Het afgescheiden CO2 kan daarna pas worden opgeslagen in lege gasvelden en watervoerende lagen.


Kosten
Het is mooi als er met de opslag van Co2 nog iets (terug) te verdienen is. Meestal kost het echter gewoon geld. Veel geld.
De grootste kostenpost is het afvangen van het CO2. Als het in pure vorm uit bijvoorbeeld een raffinaderij komt, is het direct te gebruiken. De vraag (o.a. glastuinbouw) is echter niet constant. Bij veel vraag zou er te weinig zijn, en andersom zou er alsnog CO2 moeten worden afgegeven.
Wanneer het gemengd in de rookgassen uit de schoorsteen van een elektriciteitscentrale komt, zijn er soms complete chemische fabrieken nodig om het CO2 eruit te filteren.

Bij bestaande kolen- en gascentrales moeten de rookgassen met bijvoorbeeld amines (Molecuulsoort) worden gemengd, waarna het kooldioxide met de amines reageert.
De amines worden vervolgens in een aparte installatie verhit om het CO2 er weer ‘af te krijgen’. Dat kost behoorlijk veel energie.
Als al het gas zo wordt behandeld, verlaagt dit het rendement van een kolencentrale van 42 procent tot 30 à 35 procent. Het rendement van gasgestookte centrales, gaat van 55 procent naar 47 à 50. De prijs van een kilowattuur zou 1,5 tot drie cent stijgen.
Een andere optie is om niet na, maar vóór de verbranding het CO2 weg te halen. Dat is mogelijk bij aardgas, en kolenvergassingscentrales. Het aardgas of de steenkool worden eerst omgezet in CO2 en waterstofgas. Het CO2 hecht zich daarna aan een hiervoor gemaakt stof, Selexol, een soort klittenband voor gassen, terwijl het waterstof doorvliegt naar de verbrandingskamer. Na drukverlaging ‘laat het CO2 los’, waarna het naar ondergrondse opslag kan worden gestuurd. Het Selexol is opnieuw te gebruiken. Het rendement van de centrale zakt hierdoor van 44 naar 35 tot 40 procent. De prijs stijgt anderhalf à twee cent.
Dan zouden de kosten van CO2-afvang en -opslag in de buurt komen van de kosten om de levensduur van radioactief afval te verkorten. Dit dus nog steeds vrij duur.

Ook is het financieel - en (ruimte-) technisch - onmogelijk om ieder motorvoertuig in Nederland van een CO2 afvangtank te voorzien, en de benodigde infrastructuur om al deze CO2 te verzamelen en op te slaan.

Veiligheid
De grote vraag is daarbij wat er onder de grond precies met het kooldioxide gebeurt. Blijft het in gasvorm? Dan moet men op de druk letten. Gaat het langzaam over in een oplossing? Dan is de vraag waar het heen stroomt. Of reageert het met mineralen? Dan doe je gewoon de natuur na, en is er niets aan de hand. Deze drie reacties kunnen alle drie voorkomen, en het is van te voren vrij moeilijk te voorspellen wat er precies met het CO2 gebeurt. Dit komt doordat er veel factoren zijn die er invloed op uitoefenen.

Capaciteit
Er kan niet overal in de grond CO2 worden opgeslagen: Sommige bodemsoorten reageren met CO2. De zandlaag is het geschiktste om CO2 in op te slaan, omdat deze laag met bijna geen enkele stof reageert. Het nadeel aan zand is dat het poreus is en er dus een sterkere bodembedekker moet zijn om het CO2 niet te laten ontsnappen. Kalklagen zijn zeer ongeschikt, doordat kalk heftig reageert met CO2.
In Nederland komt gelukkig veel zand en vrij weinig kalkgrond voor, waardoor een vrij groot gedeelte van de bodem bruikbaar is.
De geschatte opslagcapaciteit van alle mogelijkheden is dus groot, vooral dankzij een straks leeg aardgasveld bij Slochteren, namelijk zesduizend megaton CO2 zou kunnen herbergen – een hoeveelheid die overeenkomt met tientallen jaren uitstoot van koolstofdioxide in Nederland. De kleinere aardgasvelden zijn goed voor tweeduizend megaton. Daarnaast zijn er nog twee andere mogelijke opslagplaatsen: de uitgestrekte zoutwatervoerende lagen op enkele kilometers diepte in de Nederlandse bodem, en de kolenlagen in Limburg. Samen goed voor nog eens een paar honderd tot, in theorie, een paar duizend megaton.(afbeelding 5)

Afbeelding 5: Soorten CO2-opslag

Hoofdstuk 6: Oplag in Steenkoollagen
Er zijn verschillende manieren om CO2 op te slaan.
Een goede optie is het gebruiken van de kolenlagen in Limburg. De lege ruimten tussen de Limburgse steenkoollagen zijn nu gevuld met methaan, CH4.
Doordat CO2 zich beter aan steenkool hecht dan aan methaan, zou, door CO2 de steenkoollagen in te pompen, het methaan naar boven komen en gewonnen kunnen worden.
Methaan is het belangrijkste bestanddeel van aardgas. Dit aardgas zou dan weer verkocht kunnen worden om de kosten te dekken. Maar deze mogelijkheid is duur.

De steenkool zit in Limburg in dunne lagen over grote oppervlakten uitgesmeerd.
Hierdoor zou het naar binnen ‘pompen’ van koolstofdioxide en het winnen van methaan een geweldige infrastructuur - pijpleidingen en putten - vergen, geschat wordt iedere 300 meter een boorput. Deze methode zal veel overlast veroorzaken.
Ook is lang niet al de bovengrondse ruimte die voor deze methode nodig is beschikbaar, waardoor slechts een fractie van het aanwezige methaan gewonnen zou kunnen worden.
De kosten zullen dus hoog worden, en de hoeveelheid gewonnen methaan zal waarschijnlijk maar een klein deel van de kosten kunnen dekken.
De voordelen van deze methoden zijn de veiligheid, doordat er kleine, dunne lagen, waar altijd al druk op heeft gestaan (vanwege het methaan), van aardgas worden voorzien. Het risico op verzakkingen en/of aardbevingen is klein.
Ook is de methode vrij milieuvriendelijk doordat er geen transport of vervoer van Co2 plaatsvindt.

Hoofdstuk 7: Oude Gasvelden
Dan de tweede optie, de opslag van CO2 in oude gasvelden. (zie afbeelding 6)
Gaswinning vindt plaats uit structuren diep in de ondergrond, waarbij het gas zich bevindt in de poriën van zandsteen. Dit gesteente kan verdeeld zijn in blokken, gescheiden door breuken. Sommige blokken hebben een verbinding en sommige staan op zichzelf. Voor de winning van het gas worden die blokken aangeboord, zodat het gas kan worden gewonnen. Op een gegeven moment is de druk zover gedaald dat verdere winning niet meer economisch haalbaar is. Als alle blokken zijn uitgeproduceerd wordt het veld verlaten. De putten worden dan hermetisch afgesloten met cement en de bovengrondse installatie wordt compleet verwijderd. De pijpleidingen blijven vaak zitten.

Afbeelding 6; Vormen CO2 opslag in steenkoollagen.


Als de afsluiting van cement wordt verwijderd is het weer mogelijk om van deze velden gebruikt te maken voor CO2 opslag.
Deze optie ligt in Nederland voor de hand, omdat er veel gasvelden zijn.(zie afbeelding 7)
Gesteente is beter doorlatend dan steenkool, dus het inbrengen van de Co2 heeft veel minder druk en infrastructuur nodig, die bovendien vaak nog aanwezig is.
De CO2 zou ook kunnen oplossing in het aanwezige water, als koolzuur. Wanneer het dan reageert met mineralen, is het niet meer mobiel. Dus kan het zich niet verplaatsen.
Nadelen: Het koolzuur kan de bovenste, afsluitende laag van het reservoir aantasten, waardoor er weer CO2 vrij komt. Om te voorkomen dat dit deksel scheurt, zal de hoeveelheid CO2 in een veld soms moeten worden beperkt.
Een ander risico vormen de putten, waarlangs ooit het aardgas uit de velden is gehaald. Die worden na gebruik weliswaar afgedicht met een soort kurken van cement, maar die zijn berekend op een leeg reservoir - en niet op de druk van geïnjecteerd koolstofdioxide. Ook de NAM (Nederlandse Aardolie Maatschappij, exploitant van alle gasvelden in Nederland.), dat een gasveld bij De Lier op het oog heeft voor CO2-opslag, onderzoekt nog hoe veilig de putten zijn. 'We weten nog niet of we die velden weer onder druk kunnen zetten', zegt een woordvoerder van de NAM.

Afbeelding 7; aardgasvelden in Nederland

Voorbeeld
Een voorbeeld is het ‘Barendrecht-Ziedewijveld’. De gasbellen, blokken genoemd, bevinden zich in het op ongeveer 2500 meter diepte. Het veld is gesplitst in verschillende compartimenten. De diepere blokken staan nauwelijks of niet met elkaar in verbinding. Het hoofdblok beslaat circa 90% van het veld en is in de loop der jaren bijna leeggeproduceerd, waardoor het niet meer gebruikt wordt voor gaswinning. Het hoofdblok zal voor CO2-opslag worden gebruikt, in tegenstelling tot de kleinere afgescheiden blokken die niet gebruikt zullen worden voor CO2-opslag. In het veld is een aantal putten aangebracht die naar verwachting in 2014 uitgeproduceerd zijn en aansluitend gebruikt kunnen worden voor de opslag van CO2. De CO2 opslag in de Barendrecht en Barendrecht-Ziedewij maakt deel uit van een demonstratieproject om te testen of CO2 veilig opgeslagen kan worden in ondergrondse reservoirs.

Veiligheid
Het uitgangspunt van dit project is dat het geïnjecteerde CO2 volledig afgesloten opgeslagen blijft onder de grond. Daarom heeft men een groot aantal mogelijkheden bedacht en bekeken over hoe het CO2 eventueel zou kunnen ontsnappen. Van elke van deze mogelijkheden is het effect en het risico bepaald. Voor migratiescenario’s (ontsnappingsmogelijkheden van het CO2) waarvan het risico te hoog is (blijkend uit een studie), worden maatregelen genomen om dit risico te verkleinen.

Tevens is meer kennis over het betreffende gebied, waardoor ook de veiligheid groter is.
De kans op ontsnappen van gas is klein. Vroeger is er meestal ook geen of nauwelijks aardgas ontsnapt. (Anders had het niet kunstmatig ‘omhoog gehaald’ hoeven worden.)
De mogelijkheid van ontsnappen is onderzocht. Het ontsnappen van CO2 door de bodembedekker is, als al plaats vindt, een zeer traag proces en duurt vele miljoenen jaren.
Bij lekkage via breuken is het gesteente verschoven ten opzichte van elkaar en sluit daarom mogelijk niet helemaal goed meer aan. Daardoor zou er een kleine opening kunnen zijn waarlangs de CO2 kan ontsnappen. Allereerst heeft in dit reservoir voor miljoenen jaren methaangas gezeten, waardoor er goede indicaties zijn dat de structuur over langere tijd goed heeft gefunctioneerd. Via berekeningen kan worden aangetoond dat bewegingen langs breukvlakken onwaarschijnlijk zijn, zolang de injectiedruk (De druk van CO2 in het reservoir.) lager blijft dan de initiële druk in het reservoir (De druk van buiten.)
Kosten
De uitgaven van opslag in oude gasvelden worden niet gecompenseerd door mogelijke methaanwinning. Een groot voordeel is wel dat alle benodigde pijpleidingen vaak nog in de grond zitten, waardoor niet geboord hoeft te worden. Hierdoor ontstaat er minder overlast. Ook is er minder ruimte nodig, het kan onder lagere druk gebeuren. De kosten voor de pompen zijn dus lager. Alle bovengrondse ruimte is ook nog eens in het bezit is van de NAM, omdat er vroeger gas gewonnen is. De kosten voor opslag zijn dus aan de lage kant.

Hoofdstuk 8: Opslag in de oceanen

De onovertroffen reuzen onder de opslagtanks voor koolstofdioxide zijn de oceanen.
Ongeveer dertig procent van het atmosferische CO2 lost op in de oceanen.
Het koolstofdioxide kan in principe ook kunstmatig via een verticale pijp vanaf een platform tot op een bodemdiepte van drieduizend meter gebracht worden. Op deze diepte is de druk zo hoog (ongeveer driehonderd atmosfeer) dat er een plas van vloeibaar koolstofdioxide ontstaat die op de bodem blijft liggen.
Daar ligt het zeer waarschijnlijk enige honderden jaren voordat het gedeeltelijk ontsnapt. Het injecteren van koolstofdioxide via een pijplijn vanaf een schip of vanaf land, tot een oceaandiepte van vijftienhonderd meter, is een andere mogelijkheid. (afb. 8)


Afbeelding 8; Opslag van CO2 in de oceaan.

CO2 komt van nature al in de oceanen voor. Plankton gebruikt het om zich te ontwikkelen en te groeien. Er is aangetoond dat in de schemerzone van de oceaan (dat is de zone tussen 100 en 1000 meter diepte) grote plaatselijke verschillen heersen in de mate waarin CO2 door levende wezens wordt vastgelegd en naar grote dieptes getransporteerd.
De zuidelijke oceanen hebben de afgelopen 25 jaar hooguit evenveel CO2 opgenomen als daarvoor. Van alle CO2 die de mensheid produceert, wordt ongeveer de helft opgenomen door natuurlijke systemen. Een kwart wordt op land vastgelegd in bomen en bodems, een ander kwart lost op in de oceanen.
De mensheid produceert nu 40 procent meer CO2 dan in 1981, en tot nu toe gingen we ervan uit dat de opname van CO2 door de zuidelijke oceanen net zo hard was meegestegen.
Om de menselijke uitstoot bij te benen, hadden de zuidelijke zeeën ieder jaar vijf miljoen ton koolstof meer moeten opnemen dan het jaar ervoor. Volgens de metingen is sinds 1981 jaarlijks juist een gemiddelde afname van drie miljoen ton opgetreden. (zie afbeelding 9)
Het verschil tussen verwachting en werkelijkheid neemt dus ieder jaar toe met acht miljoen ton. Dit is een teken dat oceanen langzaam maar zeker verzadigd raken. Het is dus de vraag of het slim is om (kunstmatig) nog meer CO2 aan de oceanen toe te voegen.
Door de steeds groter wordende hoeveelheid CO2 in de oceanen verzuren deze. De wereldzeeën zijn nu zuurder dan in de afgelopen tien tot twintig miljoen jaar. Koralen en schaal- en schelpdieren (kreeften, krabben, mosselen, oesters) lijden daar vanwege hun grote kalkbehoefte nu al onder. Voor ander zeeleven zijn de effecten nog ongewis.

Afbeelding 9; Een meetstation in de Indische Oceaan

Een ander probleem met deze optie is dat men weinig weet over de effecten van het injecteren van koolstofdioxide op mariene organismen en ecosystemen.
Wat zijn de gevolgen van een stijging van de zuurgraad wanneer er CO2 oplost in oceanen? Veranderen de oceanen dan in zwembaden van priklimonade? Als de ondergrondse opslagcapaciteit van koolstofdioxide op het land groot genoeg is, hebben we de toch riskante onderzeese opslag echter niet nodig.
Ook over de tijdsduur dat de CO2 beneden blijft is weinig bekend. Het kan dat de CO2 al na enkele jaren naar boven komt. (Bijvoorbeeld doordat het oplost in het water.)

De kosten van deze methode zijn ongeveer 70 dollar per ton CO2. Een voordeel is dat er vaak al boorplatforms aanwezig zijn, deze kunnen ook, met een lichte aanpassing gebruikt worden voor andere toepassingen als deze. Als er geen boorplatforms gebruikt kunnen worden, om wat voor reden dan ook, zijn de kosten zeer hoog, aangezien er lange pijpleidingen aangelegd moeten worden tot een diepte van ongeveer 3000 meter onder de zeespiegel.
Indien het koolstofdioxide met schepen of boorplatforms geïnjecteerd wordt, zullen deze ook telkens een ‘nieuwe lading’ CO2 moeten aanvoeren of moet er een aanvoerpijpleiding gemaakt worden, dit zal de nodige kosten met zich meebrengen.
Waarschijnlijk is er weinig overlast, afhankelijk van de ligging van platforms of pijpleidingen zou de scheepvaart wel wat lichte hinder van kunnen ondervinden.

Hoofdstuk 9; Opslag in ondergrondse zoutlagen

De laatste mogelijkheid voor ondergrondse CO2-opslag vormen de diepe poreuze watervoerende lagen. Deze heten aquifers. Ze komen zowel onder de continenten als onder de oceaanbodems voor. De meest bruikbare reservoirs liggen op diepten groter dan 800 meter. Hier is ook een grotere druk, zodat het koolstofdioxide vloeibaar blijft.
Met name de grote, horizontale aquifers zijn waarschijnlijk zeer geschikt om grote hoeveelheden koolstofdioxide op te slaan. Onderzoekers nemen aan dat het geïnjecteerde koolstofdioxide oplost in de aquifer voordat het de randen ervan bereikt. Hierdoor zou het niet ontsnappen. Dit is echter niet zeker, aangezien er weinig over deze aardlagen bekend is. Men is immers nooit geïnteresseerd geweest in deze lagen. Er was geen olie, gas of ander erts in te vinden. Als men een aquifer vond, was dat een mislukking.
Er is dus nog veel geologische studie nodig; met deze methode is heel weinig ervaring opgedaan.
Maar in theorie hebben aquifers wel de grootste bergingscapaciteit voor CO2.
De schattingen van de opslagcapaciteit van deze aquifers liggen tussen de 90 en 2500 miljard ton.
Met deze vorm van opslag wordt al licht geëxperimenteerd. In 1996 begon de Noorse oliemaatschappij Statoil met de eerste opslag van koolstofdioxide in een aquifer in de Noordzee, 240 km uit de kust van Noorwegen. (zie afbeelding 10)



Afbeelding 10; De Noorse opslag.

Waarschijnlijk is deze methode ook vrij veilig. Alle experimenten verlopen goed. Helaas blijven het experimenten. Het is nooit op hele grote schaal uitgevoerd.
Met modellen is berekend dat het CO2 lang opgeslagen zal zijn, en wanneer de aquifer niet volledig afgesloten is, het alsnog honderden tot zelfs duizenden jaren duurt totdat het CO2 eruit is.
De kosten van deze methode zijn ongeveer gelijk aan die van de opslag in de oceaan. Het is echter wel afhankelijk van de locatie. Op zee zullen de kosten groter zijn dan op het land.
Ook moeten er eerst pijpleidingen geboord worden.
De effecten op het milieu zijn onbekend.
Wel is het een feit dat er zeer grote hoeveelheden koolstofdioxide onder de grond kunnen worden opgeslagen in aquifers.



Conclusie
Alles wat met koolstofdioxide te maken heeft, krijgt tegenwoordig veel aandacht.
Er is zelfs verhoogde aandacht voor wat er in onze oceanen gebeurt.
De gevolgen van de klimaatopwarming zijn onvoorspelbaar. Maar we kunnen er wel wat aan doen! Behalve alternatieve energiebronnen of kernenergie, zijn er nog vele andere mogelijkheden. Hier moet meer aandacht aan besteedt worden. Eén ervan is afvang en opslag van koolstofdioxide. Er kan een enorme hoeveelheid CO2 opgeslagen worden onder de grond. Misschien wel de uitgestoten hoeveelheid van enkele jaren. Helaas zijn de kosten meestal hoog, ook is er over sommige mogelijkheden niet veel bekend.
Maar wanneer we veel fossiele brandstoffen blijven gebruiken, en de uitstoot blijft toenemen, kan het zeker nuttig zijn om CO2 op te gaan slaan. Dit is alleen mogelijk bij CO2 uit fabrieken of energiecentrales. Deze vorm zal dus slechts een beperkte bijdrage kunnen leveren aan het totale probleem van het broeikaseffect.

De beste mogelijkheid is opslag van CO2 in oude gasvelden. Hierbij ontstaat weinig overlast, en deze mogelijkheid is het veiligst. Ook is er het meeste over bekend, en wordt er zelfs al mee getest. De kosten zijn ook nog behoorlijk laag. Een nadeel is wel de vraag of de oude gasvelden de hoge druk om CO2 (veilig) op te slaan wel aankunnen. De ondoordringbaarheid van aardlagen en oude putten moet ook bestudeerd worden. Als dit gebeurd is zal het zeker een succes kunnen worden.
Als de opslagcapaciteit hiervan niet voldoende is, kan er eventueel ook gebruik worden gemaakt van aquifers. Hier moet wel goed onderzoek naar gedaan worden, de huidige kennis is niet toereikend voor gebruikt op grote schaal.
De minst goede mogelijkheid lijkt ons de opslag van CO2 in de oceanen. De flora en fauna zullen zeker niet opknappen van een onnatuurlijk hoog stijgend koolstofdioxidegehalte. De afname van natuurlijke opname laat ook al zien dat deze zeeën al verzadigd zijn.
De opslag van CO2 zal, na studie en eventueel subsidie van de overheid, zeker op grote schaal gebruikt kunnen worden en een oplossing kunnen bieden voor het broeikaseffect en de stijgende CO2-gehalte in de atmosfeer. Het is zeker van belang tijdig in te grijpen.

De techniek is er. Nu de overheid nog.

Deel III: Vragen

Vragen Instructieblad Solar-i

1. Wat zijn belangrijke vragen die eerst beantwoord moeten worden voor men serieus met de opslag van CO2 ondergronds aan de slag kan gaan?
Hebben we er wel genoeg geld voor en weten we zeker dat het in de grond blijft? Dat het niet over honderd jaar weer omhoog komt.
b. Wat is het CATO project en wat is daarvan het uitgangspunt?
CATO is een onderzoeksproject over de opberging van co2. CATO onderzoekt of al die co2 wel past in de grond, wat de mogelijke gevolgen zijn, de kosten, etc.
c. Hoe groot is de berekende opslagruimte voor CO2 in de Nederlandse .

ondergrond? Noteer de plekken en tel de juiste hoeveelheden bij elkaar op.
De opslagruimte is zesduizend van de grote aardgas velden plus tweeduizend megaton co2van de kleinere aardgas velden plus een paar duizend megaton co2 op de uitgestrekte zoutwatervoerende lagen op een paar kilometers diep in de Nederlandse bodem, en de kolenlagen in Limburg

2. Noteer nu de vier verschillende opslagmogelijkheden die de Nederlandse bodem biedt en geef bij elke mogelijkheid kort aan wat op die plek het belangrijkste voordeel én nadeel is.
Oude aardgasvelden, kolenlagen in Limburg, aquifers en opslag in oceanen.

3. Wat kun je op dit moment concluderen over de veiligheid van de opslag van CO2 ondergronds?
In principe is de opslag best wel veilig, onderzoekers denken dat het koolstofdioxide wel blijft zitten. Ook is CO2 niet explosief. Het is wel onveilig wanneer er veel CO2 in één keer vrij kan komen. Het is namelijk ‘zwaarder’ dan zuurstof en zou dat kunne verdringen. Daarom wordt er veel getest met modellen en onderzoeken.
We moeten er dus vooral op letten of het gas wel in de grond blijft.

4. Hoe helpt de CO2-injectie het winningsproces van bijvoorbeeld aardolie?
We kunnen CO2 gebruiken als een soort van doping om de olie-opbrengst uit oude olieputten te verhogen (enhanced oil recovery). Door koolstofdioxide in aardlagen te spuiten die olie of gas bevatten, stijgt de druk en komt de olie of het gas makkelijk naar boven. De injectie van CO2 in olievelden kan de olie-opbrengst zelfs met de helft doen stijgen. In de VS wordt deze methode al jaren gebruikt.

5. Maak een schema van het afvangen van CO2. Noteer hierbij ook de eenvoudige chemische reactie die plaatsvindt.


Calciumhydroxide + Koolstofdioxide Calciumcarbonaat

Calciumcarbonaat Calciumhydroxide + Koolstofdioxide

Calciumhydroxide wordt aan het rookgas toegevoegd. Het reageert met koolstofdioxide tot calciumcarbonaat. Als calciumcarbonaat verwarmd wordt ontleedt het en ontstaan er weer koolstofdioxide en calciumhydroxide. Het calciumhydroxide kan hergebruikt worden. De koolstofdioxide kan nu worden opgeslagen.

6. Maak het adviesrapport.
Zie het verslag.

Reflectie:
1. Verklaar de titel van het artikel.
De titel van het rapport is: Adviesrapport Opslag CO2 in Nederland, omdat het verslag daarover gaat.
2. Geef aan hoe de opslag van CO2 past in bij het idee van duurzaamheid.
Opslag van CO2 is niet erg duurzaam; er wordt niets gedaan aan de uitstoot. Er wordt alleen voorkomen dat de CO2 in de atmosfeer terecht komt.
3 Noem van deze manier een voordeel en een nadeel van emissierechten.
Voordeel: Landen zullen totaal niet meer uitstoten dan het totaal aan emissierechten. Ontwikkelingslanden ontvangen geld waarmee ze zich kunnen ontwikkelen.
Nadeel: Welvarende landen worden niet gestimuleerd om minder uit te stoten of harde maatregelen te nemen.

4. Opslaan is géén oplossing, zegt onder andere Greenpeace. Geef twee redenen waarom zo’n organisatie dit zegt..
Greenpeace heeft het liever over CO2-dumping. Afvang suggereert dat de CO2 netjes wordt opgeruimd en dat is bepaald niet het geval.
De afgevangen CO2 wordt getransporteerd naar een ‘stortplaats’ onder de grond, bijvoorbeeld een leeg gasveld. Maar zo’n gasveld moet eeuwig worden bewaakt vanwege mogelijke CO2-lekkages. Vooral in de zeebodem is controle op lekkages onmogelijk. Energiebedrijven kunnen daarom niet met zekerheid stellen dat de CO2 blijft zitten. En wie is verantwoordelijk voor de eeuwenlange opslag en voor de milieugevolgen van onverhoopte lekkages? Niemand weet het.
De techniek voor CO2-dumping is nog helemaal niet beschikbaar op de schaal die nodig is voor een kolencentrale. Onderzoek en demonstraties zullen nog heel veel geld gaan kosten. Dat kan beter in echt schone oplossingen voor klimaatverandering worden gestoken. Bovendien kost CO2-dumping veel energie. Voor vier kolencentrales mét CO2 dumping, is een vijfde centrale nodig die voldoende stroom levert voor de dumping.
5. Verbeter de wereld, begin bij jezelf…….Wat is volgens milieuorganisaties de enige manier om het CO2 –probleem in Nederland werkelijk aan te pakken? Absoluut geen fossiele brandstoffen meer gebruiken.
Dus schone energie.