Aardgas

Gastank.

Aardgas is een van de fossiele brandstoffen. Het ontstaat bij hetzelfde proces dat tot de vorming van aardolie leidt en vertegenwoordigt de lichtere fractie organische producten van dat proces. Aardgas wordt daarom vaak samen met aardolie gevonden, hoewel soms het gas kans ziet in andere aardlagen door te dringen dan de veel zwaardere olie en er zo een scheiding kan zijn ontstaan.

In Europa wordt aardgas vooral in en rond de Noordzee aangetroffen onder andere onder het noorden van Nederland (zie ook Aardgaswinning). Aardgas uit het Groningse Slochteren bestaat voor 81,9% uit CH₄ (methaan), voor 3,3% uit hogere gasvormige koolwaterstoffen, en voor de 14% uit stikstofgas en 0,8% kooldioxide. Aardgas van andere winplaatsen bevat soms meer of minder methaan of waterstofsulfide ("zuur gas").

In het verleden is aardgas vaak als een afvalproduct beschouwd van oliewinning en eenvoudigweg 'afgefakkeld'. Ook nu gebeurt dit nog wel als het erg ver van de bewoonde wereld aangetroffen wordt en het transport naar de consument te veel problemen oplevert. Dit is ecologisch gesproken erg jammer omdat van de fossiele brandstoffen aardgas de schoonste soort is. Affakkelen is echter wel beter dan het methaan simpelweg laten ontsnappen naar de atmosfeer omdat de bijdrage aan het broeikaseffect van methaan ca. 21 maal hoger is dan kooldioxide. Nog beter zou het zijn om het gas weer de bodem in te pompen. Dit is bijna altijd mogelijk maar vergt enige extra investering. In arme landen weigeren zowel regeringen als oliemaatschappijen vaak om deze investeringen te betalen. Methaan levert bij verbranding dubbel zoveel water als kooldioxide terwijl steenkool voornamelijk naar kooldioxide omzet. Bovendien geeft aardgas vrijwel geen roet of as. Het is ook veel gemakkelijker dan steenkool of aardolie te ontdoen van onzuiverheden zoals zwavel met het Clausproces.

Aardgasproductie per land (bruin en rood gekleurde landen produceren het meest)

Ontstaan van aardolie en aardgas

De meeste wetenschappers gaan ervan uit dat aardolie en aardgas fossiele brandstoffen zijn.

In tegenstelling tot steenkool en bruinkool, die in een moerassige omgeving werden gevormd, vormde de voorloper van aardolie, het kerogeen of aardwas, zich op de zeebodem. Noodzakelijk was dat die zeebodem zeer zuurstofarm was, waardoor de bezinkende organismen niet volledig konden worden verteerd door aaseters of bacteriën. Zo vormde zich, ten gevolge van gedeeltelijke afbraak van de organische materie door anaerobe bacteriën, de kerogeen, die te vinden is in de zogenaamde teerzanden. Als de kerogeen bevattende sedimenten later diep begraven werden onder andere sedimenten, kon het gebeuren dat de temperatuur opliep tot tegen de 100 graden Celsius. In dat geval werd de kerogeen omgezet in aardolie. Bij nog hogere temperaturen werd hij omgezet in aardgas. Aardolie of aardgas is veel lichter dan steen en water, dus de fossiele brandstof werd, als het bovenliggende gesteente poreus genoeg was, naar boven gedrukt. Vaak stuitte de aardolie of het aardgas dan uiteindelijk op een ondoordringbare laag, en daar vormde zich dan een aardolie- of aardgasvoorkomen. (Kerogeen is een vaste stof die geen neiging heeft om door de poriën van het gesteente naar omhoog op te stijgen).

Een minderheid onder de wetenschappers is van mening dat aardolie of aardgas geheel of ten dele hun ontstaan hebben te danken aan methaan, dat van oudsher al in de aardmantel aanwezig was en dat vervolgens door de aardkorst omhoog gestegen is. In laboratoria is het immers gelukt om bij hoge druk en temperatuur calciumcarbonaat, water en ijzeroxide tot methaan om te vormen.

Geurstof

Schoon aardgas (ontdaan van de zwavelwaterstof) is reukloos. Om ervoor te zorgen dat gaslekken snel kunnen worden opgespoord, wordt aan aardgas dat aan huishoudens wordt geleverd een zeer sterk en vies ruikende stof toegevoegd. In Nederland wordt hiervoor 18 mg/m³ tetrahydrothiofeen toegepast, dat zorgt voor de in Nederland welbekende gaslucht. In delen van Duitsland, Oostenrijk en het Verenigd Koninkrijk wordt tert.-butylmercaptaan toegepast. In België worden beide stoffen toegepast met telkens één soort odorant per aardgasdistributienet. Ook andere thiolen en dimethylsulfide worden gebruikt.

Het spreekt vanzelf dat het een stof moet zijn die bij verbranding reukloos is. Wat ook belangrijk is, is dat men het gas al ruikt voordat het mengsel lucht-aardgas gevaarlijk wordt, d.i. bij ongeveer 5% aardgas in de lucht. Op die manier heeft men de kans om tijdig het lek te ontdekken en in te grijpen. Een odorant zal opgemerkt worden vanaf ca. 1% aardgas in de lucht.

Ter beveiliging van gastoevoer wordt wel de gasgebrekbeveiliging toegepast.

Transport en opslag

Ondergrondse gasleiding met afsluiter

Gas wordt bij voorkeur in metalen of kunststoffen gasleidingen vervoerd. Daarnaast wordt aardgas ook onder druk als CNG vervoerd, of als vloeistof, LNG. Opslag in gasvorm kan in bolvormige containers, of zelfs in ondergrondse gesteentelagen. Kleine hoeveelheden worden in tanks, cilinders en gasflessen opgeslagen. LNG wordt in geïsoleerde tanks opgeslagen.

Toepassingen

Aardgas wordt als energiebron gebruikt om op te koken en om te verwarmen. Aardgas heeft in Nederland sinds de jaren zestig het stadsgas en het stoken op steenkool geheel verdrongen. Daarnaast wordt het in grootverbruik toegepast voor elektriciteitscentrales en stadsverwarming.

Elektriciteit geproduceerd met behulp van aardgas heeft het grootste aandeel in de in Nederland geproduceerde elektriciteit, in 2008 64,7% of 59,8 TWh .

Aardgas wordt ook als grondstof gebruikt in diverse chemische productieprocessen. DSM gebruikt aardgas om ammoniak mee te maken, dat op zijn beurt weer grondstof voor kunstmestfabricage is.

In samengeperste vorm (CNG) wordt aardgas gebruikt als alternatieve, relatief schone brandstof voor personenauto's, bedrijfswagens en bussen en in vloeibare vorm (LNG) voor vrachtwagens. Vooral in de bebouwde omgeving maakt dit een groot verschil voor de luchtkwaliteit, omdat bij de verbranding van aardgas niet of nauwelijks roetdeeltjes en ander fijnstof vrijkomt.

Gasverbruik

Een gemiddeld Nederlands huishouden verbruikte in 2005 circa 1600 m³ gas per jaar. Het gasverbruik daalde in de laatste jaren door verbeterde isolatie van woningen en de toename van het aandeel HR-ketels in huishoudens. Het gemiddeld verbruik lag in 1996 bijvoorbeeld nog rond de 2100 m³. Ook de warmere winters van de laatste jaren lijken hierbij een rol te spelen. Alhoewel 83% van de huishoudens op gas kookt, vraagt koken slechts 3% van het gasverbruik. De warmwatervoorziening neemt 19% van het verbruik voor zijn rekening. Verwarming van het huis vraagt 78% van het gasverbruik. (cijfers 2001)

Kosten (huishoudelijk gebruik)

Eén m³ gas kost uitgaande van een gemiddeld verbruik van 2650 m³ per jaar in 2006 bijna 45 cent per m³. Dit is exclusief transportkosten, energiebelasting (EB) en vastrecht.

Vastrecht is het vaste bedrag dat voor de gasaansluiting betaald moet worden. Gemiddeld bedraagt het vastrecht ongeveer € 120 per jaar.

Prijsontwikkeling (huishoudelijk gebruik)

• Gemiddelde prijs van gas per m³ in 2003: € 0,274664 incl btw (regio 3)
• Gemiddelde prijs van gas per m³ in 2004: € 0,2697 incl btw (regio 3)
• Gemiddelde prijs van gas per m³ in 2005: € 0,32448 incl btw (regio 3)
• Gemiddelde prijs van gas per m³ in 2008: € 0,60272 incl btw (regio 3)
• Gemiddelde prijs van gas per m³ in 2009: € 0,71810 incl btw (regio 3)

Meer statistische gegevens op www.energie.nl.

Aardgas uit biovergisting

Het proces waarin methaangas gevormd wordt hoeft niet eeuwen te duren, zoals voor olie en steenkool het geval is. Telkens wanneer organische stoffen anaeroob worden afgebroken ontstaat methaan, tezamen met gassen als kooldioxide en waterstofsulfide. Dit natuurlijke proces treedt alleen op bij afwezigheid van zuurstof, omdat anders een composteringsproces voorrang krijgt. Bij compostering ontstaat in principe geen methaangas.

In de natuur komt dit proces onder andere voor onder de waterspiegel van moerassen. Een door mensen gebouwde vorm van dit proces is biovergisting, dat in Nederland veel wordt gebruikt om, via de tussenstap van biogas, elektriciteit op te wekken. In Nederland is tenminste GreenChoice voornemens biogas uit biovergisting rechtstreeks te leveren, omdat dit een niet-fossiele versie van aardgas zou vormen. De huidige wetgeving voorziet echter nog niet in zo'n mogelijkheid.

Aardgas van anorganische oorsprong?

Een team van de Indiana-universiteit onder leiding van Henry Scott bracht calciet (CaCO₃), ijzeroxide (FeO) en water in een laboratorium onder een hoge druk van vijf tot elf miljard pascal. Tegelijkertijd werden deze stoffen verwarmd met behulp van een laser. Op deze wijze werden de omstandigheden die op 10 kilometers diepte in de aardkorst moeten heersen nagebootst. Tijdens het experiment werd methaan gevormd. Dit voedde de discussie over een eventuele anorganische oorsprong van aardgas. Op de Saturnusmaan Titan en de planeet Mars komt ook methaan voor.

Fysische eigenschappen

Gronings aardgas levert bij verbranding gemiddeld een energetische waarde van 31,65 MJ/m³ (onderwaarde) aan energie. Dit komt overeen met ongeveer 8,8 kWh/m³. Bij een gemiddeld omzettingsrendement van centrale verwarming blijft hiervan 7 kWh/m³ over. De bovenwaarde (de onderwaarde plus de warmte die vrijkomt door condensatie van rookgassen) voor standaard Nederlands aardgas is 35,17 MJ/m³ wat neerkomt op 9,8 kWh/m³.

Aardgas heeft een soortelijke massa van ongeveer 0,833 kg/m³.

De relatieve dichtheid t.o.v. lucht bedraagt ca. 0,640. Het is dus lichter dan lucht. Vandaar de noodzaak om bovenventilatie te voorzien voor de veiligheid.

CO₂ uitstoot

Bij de verbranding van 1 m³ (1 bar, 0 °C) aardgas komt ca 1,8 kg CO₂ vrij.

Dit betreft uitsluitend de CO₂ die aanwezig is in aardgas zelf en die vrijkomt bij verbranding. Dit is echter maar een gedeelte van de totale hoeveelheid CO₂-uitstoot die aardgas als product veroorzaakt. Volgens de well-to-wheel methodiek wordt alle CO₂ die ontstaat bij het opsporen, produceren, reinigen, transporteren, op druk brengen en opslaan van aardgas, toegerekend aan de CO₂-uitstoot van aardgas. Dat kan zo'n 20% bedragen, daarmee komt de uitstoot op 2,2 kg CO₂ per m³ aardgas. Biobrandstoffen worden op een vergelijkbare wijze beoordeeld.

Aardgas/methaan is bovendien zelf een veel krachtiger broeikasgas dan CO₂ wanneer het onverbrand in de atmosfeer terecht komt. Onder invloed van zonlicht en de daardoor aangemaakte OH-radikalen wordt methaan in de atmosfeer op den duur geoxideerd, dat wil zeggen naar CO₂ omgevormd. De gemiddelde levensduur van methaan in de atmosfeer ligt rond de 12 jaar.

Samenstelling

De belangrijkste component van aardgas is methaan. De samenstelling van aardgas wisselt echter afhankelijk van de bron. Dit is van invloed op de verbranding van het gas en daarom zorgen gasleveranciers door het mengen van gas voor constante eigenschappen (dat wil zeggen, gas met dezelfde wobbe-index). Gronings gas bevat veel stikstof, waardoor de verbrandingswarmte lager is dan die van Russisch gas. Gronings gas staat daarom ook bekend als 'laag calorisch gas' met het buitenlandse gas als 'hoog calorisch gas'.

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de verschillen tussen Gronings gas, en het typische gas dat bijvoorbeeld in Canada geleverd wordt.

		Gronings Gas			Canadees Gas (Union Gas)
Bestanddeel	Formule	Volume-%	Mol-%	Massa-%	mol-%
Methaan	CH4	81,30	81,29	69,97	95.2
Ethaan	C2H6	2,85	2,87	4,63	2.5
Propaan	C3H8	0,37	0,38	0,90	0.2
Butaan	C4H10	0,14	0,15	0,47	0.06
Pentaan	C5H12	0,04	0,04	0,16	0.02
Hexaan	C6H14	0,05	0,05	0,23	0.01
Stikstofgas	N2	14,35	14,32	21,52	1.3
Zuurstofgas	O2	0,01	0,01	0,02	0.02
Kooldioxide	CO2	0,89	0,89	2,10	0.7

De reactie die bij het verbranden van methaan volgt is: $CH_4 + 2O_2 \to 2H_2O + CO_2$

Chemische eigenschappen

Aardgas is bij kamertemperatuur en een druk van 1 bar (absoluut) een gas. Doordat aardgas voor het grootste gedeelte bestaat uit methaan (82%), ligt het kookpunt bij 1 bar (absoluut) op −162 °C (112 K) en het smeltpunt bij −183 °C (91 K). De atomen van methaan vormen een volmaakte tetraëder en hebben dus een bindingshoek van 109,5°.

Distributie

• Eandis en Infrax (Vlaanderen)
• Nederlandse Gasunie (Nederland)

Zie ook

• Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches
• Gazprom

Externe links

•  International Chemical Safety Card van Aardgas
• Noorderlicht over het experiment van Henry Scott

Bronnen, noten en/of referenties

Bronnen, noten en/of referenties:

Mediabestanden

Zie de categorie Natural gas van Wikimedia Commons voor meer mediabestanden.