CO2-afvang en -opslag

Schematische voorstelling van de opslag van CO₂ in een steenkoolcentrale

CO₂-afvang en -opslag (afgekort als CCS, van Carbondioxide Capture and Storage) is het afvangen en opslaan van kooldioxidegas dat vrijkomt bij de verbranding van (fossiele) brandstoffen.

CCS is de techniek waarmee fossiele brandstoffen (bijna) klimaatneutraal kunnen worden toegepast. Door het broeikasgas CO₂ dat uit de verbranding van deze koolwaterstoffen ontstaat af te vangen en op te slaan komt die CO₂ niet in de atmosfeer terecht.

Toepassing van CCS bij energieopwekking wordt ook wel 'schoon fossiel' genoemd. Er komen bij toepassing van CCS wel afvalgassen vrij die niet worden opgevangen.

CCS is een verzamelnaam van veel verschillende opties voor het afvangen, het transporteren en het ondergronds opslaan van CO₂. CCS kan ook worden toegepast in de industrie, bijvoorbeeld bij cement-, kunstmest- of staalproductie, waarbij ook CO₂ vrijkomt.

Onderdelen van CCS worden wel al gebruikt, maar complete CCS-ketens worden nog niet op grote schaal toegepast. Toepassing op enige schaal wordt op zijn vroegst verwacht na 2015.

CCS helpt rechtstreeks tegen klimaatverandering, omdat het broeikasgas CO₂ dat bij verbranding ontstaat niet in de atmosfeer terecht komt, maar geïsoleerd wordt opgeslagen.

CCS wordt algemeen gezien als een tussenoplossing, een manier om de tijd te winnen die nodig is om schone technieken zoals duurzame energie en/of kernfusie tot volle ontwikkeling te brengen.

Projecten

Protestdoek tegen CO₂-opslag onder Boerakker in het dorp

Protestbord tegen CO₂-opslag onder Sebaldeburen aan de rand van het dorp

Shell Nederland Raffinaderij B.V. (SNR) had tot in november 2010 een project in voorbereiding om CO₂, die bij de raffinaderij in Pernis bij de productie van waterstof vrijkomt, per pijpleiding naar Barendrecht te transporteren en in een leeg aardgasveld te injecteren voor permanente opslag. De plannen voor opslag van CO₂ onder Barendrecht zijn door de Nederlandse overheid in november 2010 geschrapt nadat bleek dat onder de bevolking onvoldoende draagvlak bestond. Sindsdien wordt gezocht naar een opslagplaats in het noorden op een van de locaties Boerakker, Sebaldeburen of Eleveld. Op deze plekken is eveneens protest gerezen tegen de plannen onder gemeenten en bevolking.

OCAP neemt 40% van de vrijgekomen CO₂ over en transporteert en distribueert de CO₂ van Pernis aan glastuinbouwers in het Westland, Lansingerland en Delfgauw. Voor de opslag en het transport van CO₂ wordt gebruikgemaakt van een oude oliepijpleiding van de Nederlandse Pijpleidingmaatschappij (NPM).

OCI Agro (voorheen DSM) heeft een project in voorbereiding om CO₂ uit de eigen ammoniakfabriek in Geleen te injecteren in poreuze steen- en kolenlagen ter plaatse, op 1800 meter diepte. De Limburgse Milieufederatie en het Graetheidecomité bestrijden het plan. Zij achten opslag in dit soort lagen veel moeilijker dan opslag in lege gasvelden.

Een commerciële toepassing vindt plaats bij het het gaswinningsplatform Sleipner in de Noordzee. Hier slaat de Noorse staatsoliemaatschappij Statoil CO₂ op die vrijkomt bij de productie van aardgas (sinds 1996: ca. 1 miljoen ton CO₂ opgeslagen per jaar).

Oliemaatschappijen in de hele wereld injecteren momenteel soms CO₂ in de bodem om de opbrengst van bestaande olievelden te vergroten.

Afvang

De CO₂ die wordt gevormd bij de verbranding van fossiele brandstoffen kan op twee plaatsen in het verbrandingsproces worden afgevangen: voor en na de verbranding. Hiervoor bestaan verschillende technieken, die 85 tot 95 % van alle CO₂ kunnen afscheiden uit de rookgassen. Afscheiden en opslaan kosten 10 tot 40% extra energie, afhankelijk van de gebruikte technologie. De afgescheiden CO₂ kan worden opgeslagen in lege gasvelden en watervoerende lagen.

• Bij afvang van CO₂ na de verbranding ('post-combustion') worden de rookgassen 'gewassen' in een gaswasser. Speciaal ontwikkelde absorbenten nemen de CO₂ op en geven die elders weer af, waarna de CO₂ kan worden opgeslagen en het absorbens kan worden hergebruikt. Momenteel wordt vooral gewerkt met amines, maar die kosten relatief veel extra energie om de CO₂ weer af te scheiden. Nieuwe stoffen zijn in ontwikkeling.
• Afvang van CO₂ voor de verbranding ('pre-combustion') kan worden toegepast in verschillende processen. De fossiele brandstof wordt met behulp van zuurstof en/of water omgezet in syngas (een mengsel van koolmonoxide en waterstof). Door het afscheiden van CO₂ wordt de omkeerbare chemische omzetting beïnvloed ('shift') en ontstaat een gas met vrijwel zuiver waterstof. Bij verbranding levert waterstof alleen water op en geen CO₂.

Pre-combustion wordt al lang toegepast in de industrie, bijvoorbeeld bij ammoniaproductie en bij raffinaderijen. Toegepast in een kolenvergasser voor stroomproductie is pre-combustion erg flexibel. Het kan fluctuaties in de stroomvraag opvangen doordat bij een lage stroomvraag het gas in het aardgasnet kan worden gevoerd.

• Een derde type afvangtechnologie is verbranding met zuivere zuurstof (oxyfuel). Hierbij blijven de rookgassen vrij van stikstofoxiden en bevatten zij een hoog percentage CO₂ dat gemakkelijk is af te vangen. Voor deze technologie is wel de productie van pure zuurstof noodzakelijk.

Deze technologie wordt al geruime tijd toegepast bij de glasproductie.

Voordelen

Van de optie 'CCS in Nederland' heeft de Argumentenfabriek in 2010 in opdracht van het nationale onderzoekprogramma CATO-2 een Argumentenkaart gemaakt. Daarin staan de voor- en nadelen van CCS in Nederland op een rij. Enkele belangrijke voordelen:

• CCS zal een rechtstreekse bijdrage kunnen leveren aan het bestrijden van een klimaatverandering.
• CCS kan ervoor zorgen dat duurzame energie zoals zonne- en windenergie wat langer de tijd krijgen om tot volle wasdom te komen terwijl tegelijk het klimaatprobleem wordt aangepakt.
• CCS maakt het mogelijk dat de nog aanwezige voorraden fossiele brandstoffen (vooral steenkolen) worden verstookt met een lage CO₂-uitstoot.
• Volgens schattingen van het IPCC kan CO₂-afvang en opslag bij de productie van elektriciteit, afhankelijk van de brandstof en de gebruikte technologie, vaak concurreren met alternatieve CO₂-arme technologieën zoals windmolens op zee of zonnepanelen.

Nadelen

Nadelen van CO₂-opslag zijn onder andere:

• Het hogere energieverbruik (Circa 40% meer brandstof), waardoor afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en de landen die ze exporteren vergroot wordt.
• De hoge kosten voor de aanleg van de infrastructuur.
• Er zijn nog onbekende risico's, vooral bij transport en opslag. Er is bijvoorbeeld een kans dat de opgeslagen kooldioxide later in de leefomgeving en alsnog in de atmosfeer terechtkomt. Als CO₂ onder de zeebodem of uit een ondergrondse opslag ontsnapt dreigt verzuring van het (zee)water.
• Onduidelijk is nog wie verantwoordelijk is voor de lange-termijnopslag van CO₂. Voor bedrijven vormt langdurige aansprakelijkheid voor opgeslagen CO₂ een drempel voor de toepassing van CCS.
• CO₂ kan verbindingen aangaan met ondergrondse gesteenten, cement en leidingen en zou kunnen leiden tot bodemstijging als het volume in de ondergrond toeneemt.
• Verschillende onderdelen van CCS worden al jarenlang op industriële schaal toegepast, maar nog niet op grote schaal in een complete keten van afvangen-transporteren-opslaan. CCS is dus een enigszins nieuwe technologie.
• De aandacht en de financiële steun voor CO₂-opslag gaan mogelijk ten koste van de ontwikkeling van duurzame energiebronnen.

Gevaren

Het transport per pijpleiding en de ondergrondse opslag zijn niet zonder gevaar. In hoge concentraties is koolstofdioxide - net als zoveel andere stoffen in hoge concentratie - giftig.

Voor het huidige gebruik van CO₂ in bijvoorbeeld brandblusapparatuur bestaan dan ook veiligheidsvoorschriften. In artikel 4.4 van het Arbo-besluit wordt beschreven onder welke omstandigheden CO₂, verpakt in cilinders, mag worden opgeslagen. Wanneer de CO₂-concentratie in ruimten de 1,5% overschrijdt moet een vooralarm afgaan, bij 3% een hoofdalarm en vanaf 5 procent mogen alleen medewerkers met ademhalingsapparatuur de ruimte betreden. Boven 17% is CO₂ voor mensen binnen 1 minuut dodelijk. Bij lagere concentraties treedt duizeligheid, verdoving en bewusteloosheid op.

Enkele incidenten en ongelukken met CO₂:

• In de omgeving van het Nyosmeer in Kameroen kwamen op 26 augustus 1986 meer dan 1700 mensen om toen onder bijzondere geografische omstandigheden een grote hoeveelheid CO₂ uit het meer vrij kwam. Het betrof hier een natuurramp, inmiddels zijn maatregelen genomen om herhaling te voorkomen. Dergelijke natuurlijke ophoping in meren vind ook plaats in het Monounmeer in Kameroen en het Kivumeer in Rwanda. In die meren mengt het warme oppervlaktewater zich niet met het veel koudere water in de buurt van de bodem.
• Op 16 augustus 2008 moesten in Mönchengladbach in Duitsland 16 mensen in het ziekenhuis worden opgenomen omdat uit een defecte brandblusinstallatie een grote hoeveelheid CO₂ was vrijgekomen en een woonwijk was binnengestroomd. Veel werknemers, reddingswerkers en buurtbewoners klaagden over ademnood en misselijkheid. Hiervan zijn 107 mensen als gewonden geregistreerd.

De blusinstallatie had er eigenlijk voor moeten zorgen dat bij brand alle toegangen tot de ruimte waar de brand is automatisch hermetisch werden afgesloten. De ruimte bleek echter niet gasdicht te zijn afgesloten, waardoor het gas naar buiten is gestroomd. Drie mensen zijn door het gas bewusteloos geraakt en moesten met zuurstof behandeld worden.

• In Berkel en Rodenrijs kwamen in december 2008 enkele eenden om door een lek in een transportleiding voor CO₂.

In Nederland gebruikt OCAP een in onbruik geraakte oliepijpleiding voor het transport van CO₂ uit Pernis naar enkele tuinbouwgebieden. Volgens de huidige normen bestaat er bij lekken binnen vier meter van de pijpleiding mogelijk levensgevaar.

Tussen wetenschappers is redelijke overeenstemming over het feit dat de grootste bedreiging van CO₂-lekkage schuilt in een situatie met windstil weer, omdat CO₂ dan in de omgeving kan blijven hangen. CO₂ die vrijkomt onder hoge druk, zal in de vrije ruimte snel mengen tot ongevaarlijke concentraties. Voor een rampenscenario zoals in Mönchengladbach moet de CO₂-druk eerst afgenomen zijn voordat deze in aanraking komt met de lucht.

Alternatieven

CO₂ dat ontstaat uit verbranding van (fossiele) brandstoffen kan ook gebruikt worden

• in broeikassen ter bevordering van de fotosynthese. Moderne kassen zijn vaak voorzien van warmtekrachtkoppelingen waarbij motoren elektriciteit produceren naast warmte en CO₂.
• bij algenkweek (ook ter bevordering van de fotosynthese) voor de productie van visvoer, hoogwaardige vetzuren, grondstoffen voor medicijnen of biobrandstoffen.

Zie ook

• Kyotoprotocol
• Emissiehandel
• Koolstofkringloop
• Biobrandstof uit algen

Externe links

• IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage (Engelstalig) uit web.archive.org
• CASTOR, Europees project voor CO₂ afvang en opslag
• CESAR, Europees project voor CO₂ afvang en opslag, opvolger van CASTOR
• CATO, CO₂ Capture, Transport and Storage in the Netherlands
• Making large scale CCS in the Netherlands work, EnergieNed 2007
• CO₂ afvang en opslag
• Het eerste netwerk van CO2-afvang, -transport en -opslag demonstratie projecten, allen gericht op operationeel zijn in 2015 en commercieel/zelfstandig in 2010.

Bronnen, noten en/of referenties

Bronnen, noten en/of referenties: