CO2-afvang en -opslag

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Schematische voorstelling van de opslag van CO2, afkomstig uit een steenkoolcentrale

CO2-afvang en -opslag (internationaal afgekort met CCS van carbon capture and storage) is het afvangen en ondergronds 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 in ondergrondse reservoirs 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, 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 al gebruikt maar complete CCS-ketens worden nog niet op grote schaal toegepast. Toepassing op enige schaal wordt in Nederland pas op zijn vroegst verwacht na 2015 met het Rotterdam Opslag en Afvang Demonstratieproject.

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[bewerken]

Locatie-K12-B.gif
Locatie van K12-B
P18-field map.svg
Locatie van de velden Barendrecht en P18
Boerakker - CO2-protest.jpg
Protestdoek tegen CO2-opslag onder Boerakker in het dorp
Sebaldeburen - CO2-protest.jpg
Protestbord tegen CO2-opslag onder Sebaldeburen aan de rand van het dorp
  • Sinds 2004 zijn in het K12-B-veld op de Noordzee de operator (GDF SUEZ E&P Nederland) en TNO bezig met een demonstratieproject om CO2 te herinjecteren in het gasveld waaruit het geproduceerd werd. K12-B was de eerste locatie wereldwijd waar deze techniek werd toegepast.
  • 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.[1] 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.[2] Voor de opslag en het transport van CO2 wordt gebruikgemaakt van een oude oliepijpleiding van de Nederlandse Pijpleidingmaatschappij (NPM). In de kassen wordt een overmaat aan CO2 gebracht, waarvan een gedeelte wordt opgenomen door het gewas. Het restant verdwijnt gewoon in de atmosfeer. De extra CO2 die door het gewas wordt opgenomen wordt kortstondig gebonden. Jaarlijks wordt het gewas geruimd en komt de CO2 weer in de atmosfeer. Bij deze methode is er dus geen sprake van duurzame binding van CO2.
  • 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[3] bestrijden het plan. Zij achten opslag in dit soort lagen veel moeilijker dan opslag in lege gasvelden.
  • Een commerciële toepassing van CO2-injectie in een zoutwatervoerende laag vindt plaats bij 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).
  • Sinds de aanvangsjaren zeventig van de vorige eeuw injecteren oliemaatschappijen CO2 in olie- en gasreservoirs om de opbrengst van de bestaande velden te vergroten.

Afvang[bewerken]

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 CO 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 CO 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 ammoniakproductie 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 stikstof 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.

Geologische Opslag[bewerken]

Immobilisatie van koolstofdioxide in voormalige gas- en oliereservoirs of in zoutwatervoerende lagen geschiedt in poreuze gesteentelagen op een diepte van veelal 0,8 tot 3 kilometer. De reservoirgesteenten die hiervoor geschikt zijn, zijn veelal zandsteen, kalk en dolomiet:[bron?]

Insluiting[bewerken]

In het begin zal het CO2 vooral aanwezig zijn in de grootste poriën van het gesteente. Het zal door een drukverschil opwaarts migreren naar de afsluitende bovenlaag (structurele insluiting). Na verloop van tijd begint het CO2 naar de microscopische poriën te migreren, waaruit het maar moeilijk kan ontsnappen als gevolg van de capillaire krachten (residuale insluiting). Komt het opwaarts migrerende CO2 onderweg het zoute formatiewater tegen, met een maximum van 400 gram zout per liter, dan zal een zeer klein gedeelte in het water oplossen (insluiting door oplossing). Het chemisch opgeloste CO2 in het zwaarder wordende zoute formatiewater kan nu een permanente chemische binding aangaan met het reservoirgesteente (minerale insluiting).

Transport door diffusie[bewerken]

De twee laatstgenoemde stappen, die van de mineralisatie en de insluiting door het chemische oplossen (geochemische insluiting), verlopen in het reservoir maar uiterst langzaam in vele eeuwen tot duizenden jaren. Uiteindelijk zal al het opwaarts migrerende CO2 chemisch in het uiterst langzaam neerwaarts bewegende formatiewater door diffusie zijn opgelost. Diffusie is het trage transport van CO2 in een vloeistof door verschil in concentratie.

Chemische aspecten[bewerken]

Voornamelijk de aanwezigheid van basische gesteenten, kleien en veldspaten kunnen in de minerale insluiting met het chemisch opgeloste CO2 nieuwe vaste mineralen vormen. Ook kunnen carbonaten (CO3-) als vrije anionen afhankelijk van de kationensamenstelling (Fe3+, Ca2+, Mg2+) uit het water als een nieuwe vaste stof neerslaan op randen van korrels en in kleine breuken. Hiervoor is altijd wel een weinig ijzer, calcium en magnesium aanwezig om tot mineralisatie te komen. Zo kunnen op kleinschaligheid breukjes indien de afsluitende bovenlaag uit kleisteen bestaat, worden opgevuld met een carbonaatneerslag.

Fysische aspecten[bewerken]

Het zoutgehalte in het formatiewater neemt op diepten tussen 1 en 4 kilometer toe van 100 naar 400 gram per liter maar kan afhankelijk van de geologische formatielaag met een factor 10 kleiner zijn. Het fysisch zwaarder wordende formatiewater heeft geen opwaartse stuwkracht en maakt geen deel uit van de hydrologische kringloop, (geologische insluiting). Hierop is het onderscheid geformuleerd tussen de diepe en ondiepe ondergrond.

Diepe en ondiepe ondergrond[bewerken]

De ondiepe ondergrond is dat deel waarin het grondwater van nature via stromingspatronen deelneemt aan de hydrologische kringloop van het water. De diepe ondergrond is dan dat deel waarin het water niet in stroming is en dus geen deel kan uitmaken van de hydrologische kringloop. Ontsnapping van het chemisch opgeloste CO2 uit een watervoerende diepe laag of voormalig gasreservoir naar het erboven gelegen watercirculatiesysteem van de ondiepe ondergrond kan alleen plaatsvinden via het zeer trage transport van 'koolstofdioxide'-diffusie op basis van concentratieverschil.

Voordelen[bewerken]

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.
  • Negatieve CO2-emissies kunnen bekomen worden door biobrandstofcentrales te voorzien van een afvangtechnologie. Biobrandstof wordt verkregen uit biologische organismen zoals koolzaad die tijdens hun levensloop CO2 uit de atmosfeer opnemen. Tijdens de verbranding in de centrale wordt deze CO2 opgevangen en nadien in de ondergrond opgeslagen.
  • 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.[4]

Nadelen[bewerken]

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[bewerken]

Het transport per pijpleiding en de ondergrondse opslag zijn niet zonder gevaar. Kooldioxide is niet giftig maar kan in hoge concentraties de zuurstof verdringen en verstikkend werken. Wanneer de CO2 zich niet mengt met de omliggende lucht kan het, door de hoge massadichtheid, dicht aan het aardoppervlak blijven hangen en verstikkend werken voor de mens en leiden tot uitval van verbrandingsmotoren.

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 vrijkwam. Het betrof hier een natuurramp, inmiddels zijn maatregelen genomen om herhaling te voorkomen. Dergelijke natuurlijke ophoping in meren vindt 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.[5] 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.[6]

In Nederland gebruikt OCAP een in onbruik geraakte oliepijpleiding uit de jaren zestig voor het transport van CO2 uit Pernis naar tuinbouwgebieden. De risicocontour die TNO had bepaald op 180 meter werd voor de woonwijk Oosterheem door RIVM teruggebracht tot 4 meter. Dit heeft men bereikt door uit te gaan van het langebuismodel van de Gasunie en een leiding die in goed onderhouden staat is en met voldoende gronddekking. OCAP kwam in opspraak toen de leiding onder de A12 zonder beschermende mantel en vrij liggend en vrij toegankelijk werd aangetroffen.[7]

CO2 hoeft niet gevaarlijk te zijn wanneer het zich kan mengen met de lucht uit de omgeving. CO2 is zwaarder dan de omringende lucht en zuurstof. Het gevaar bestaat dat CO2 als een deken aan het oppervlak blijft liggen en de zuurstof verdringt. Een lekkende leiding kan daarom gevaarlijker zijn dan een opengescheurde leiding omdat de CO2 zich minder snel zal mengen met de omringende lucht. Windstil weer en inversie (mist) zijn omstandigheden die bij een lekkende leiding tot gevaarlijke situaties kan leiden. Een rampenscenario zoals in Mönchengladbach behoort tot de realiteit en met name in de duiker onder de A12 in Zoetermeer. De duiker maakt verticale uitstroming en menging onmogelijk. Toevlucht zoeken tot een hoger gelegen punt kan voldoende zijn om het gevaar af te wenden.

CO2-leidingen en bestemmingsplannen[bewerken]

De transportleidingen van CO2 moeten worden opgenomen in bestemmingsplannen. De bestemmingsplannen kunnen worden bekeken op de site Ruimtelijke Plannen.[8] De leidingen worden verantwoord onder het hoofdstuk Extern risico. De buisleidingen met een verhoogd risico zijn ook terug te vinden op de Risicokaart.[9] Gewoonlijk wordt een milieueffectrapportage (MER) opgesteld en een risicoanalyse uitgevoerd. Anders is dat in de gemeente Zoetermeer. Daar wordt een olieleiding in strijd met het bestemmingsplan al vanaf 2005 hergebruikt voor CO2 opslag en transport. In het najaar 2012 probeert men met een "vrijwillige Milieueffectrapportage Beoordeling" (geen MER dus), de leiding te legaliseren. Om planschadeclaims te voorkomen heeft men technieken[10] ontwikkeld om gevaarlijke leidingen in bestemmingsplannen aan de aandacht te onttrekken.

Alternatieven[bewerken]

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.
  • als bron voor hernieuwbare energie. Door CO2 te binden met een waterstofbron kunnen nieuwe koolwaterstoffen worden geproduceerd. Op IJsland loopt een proef waarbij met duurzame bronnen geproduceerde waterstof wordt gebruikt om methanol te produceren.

Kritiek[bewerken]

In de discussie over antropogene klimaatverandering, populair de opwarming van de Aarde genoemd, wordt de opslag van CO2 aangewend als een manier om het klimaat wereldwijd te beïnvloeden. Er is echter niet bewezen dat de opslag van CO2 leidt tot enige klimaatverandering en op welke manier. Ook de enorme financiële investeringen in een hypothese die nooit bewezen is, investeringen die ten koste gaan van slimmere oplossingen om eventuele klimaatverandering tegen te gaan, wordt door critici, waaronder politicoloog Bjorn Lomborg gehekeld[11][12].

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Opslag van CO2 in Barendrecht[1]
  2. OCAP CO2 VOF is een joint venture tussen gassenleverancier Linde Gas (Benelux) en bouwconcern VolkerWessels. [2]
  3. http://www.graetheidecomite.nl
  4. Edward Rubin, Leo Meyer, Heleen de Coninck, (2005): IPCC Special Report - Carbon Dioxide Capture and Storage
  5. CO2-ongeluk in Mönchengladbach, 107 gewonden, (16 augustus 2008): Rapportage WDR
  6. Lansingernieuws, (2009): Eendensterfte door lek in CO2-leiding
  7. CO2-buisleiding 16-22 bar door de wijk Oosterheem en onder station Bleizo.
  8. Ruimtelijke Plannen
  9. Risicokaart
  10. Het verbergen van gevaarlijke leidingen in bestemmingsplannen
  11. (en) Bjorn Lomborg hekelt de financiële focus op CO2-sequestratie
  12. (en) Lomborg: Obama should confront climate change fantasies - USA Today - 25 juni 2013