Broeikasgas vangen in steenkool

Duurzame energie uit fossiele brandstoffen. Het klinkt paradoxaal, maar ‘schoon fossiel’ zoals deze energievormen ook wel heten, is volgens steeds meer wetenschappers de toekomst. Bij een van de technieken wordt koolstofdioxide dat vrijkomt uit elektriciteitscentrales, opgevangen en opgeslagen in lege olie- of aardgasvelden, ondergrondse zoutwaterlagen of steenkoollagen. Volgens het IPCC, de klimaatcommissie van de Verenigde Naties, kan de mens zijn CO2-uitstoot van de komende tachtig jaar ondergronds kwijt.

Vooral steenkoollagen op zo’n duizend à twaalfhonderd meter diepte zijn veelbelovend, meent dr.ir. Saikat Mazumder, die vorige week op ondergrondse CO2-opslag promoveerde bij Civiele Techniek en Geowetenschappen. “Onderzoekers van TNO experimenteren er sinds enkele jaren mee in Polen”, zegt de ingenieur, die tot voor kort ook bij dit werk betrokken was. “Ze slaan daar twee vliegen in één klap, want niet alleen raken ze van hun CO2-uitstoot van bijvoorbeeld kolencentrales af, ze winnen tegelijkertijd aardgas. Koolstofdioxide neemt namelijk de plek in van het aardgas dat in de kolen zit.”

Om deze techniek beter onder de knie te krijgen, is inzicht nodig in de manier waarop kolen en CO2 met elkaar reageren. Mazumder richtte hier de afgelopen vier jaar zijn pijlen op. Hij bracht voor het eerst goed in kaart hoe CO2 zich een weg baant door kleine scheurtjes in de kolen en zich uiteindelijk in piepkleine holtes en spleetjes vasthecht aan waterstof- en zuurstofatomen.
Gevangen

Mazumder maakte modellen die deze zogenaamde diffusie- en adsorptieprocessen beschrijven in verschillende soorten steenkolen, zoals in het zware antraciet, maar bijvoorbeeld ook het laagwaardiger lichtere bruinkool. Daarnaast keek hij hoe verschillende gasmengsels zich in de kolen gedragen. In een speciaal vat met daarin een brok steenkool, perste hij pure CO2 en een mengsel waarin stikstof en zwaveldioxide waren toegevoegd.

“Een belangrijk pluspunt van steenkoollagen is dat koolstofdioxide er ontzettend stabiel in gevangen blijft zitten”, vertelt Mazumder. “Steenkool is een groot liefhebber van koolstofdioxide. Stikstofgas bindt het daarentegen helemaal niet. De kolen zijn dus selectief en werken als een filter.”

Milieuorganisaties hoeven zich volgens hem geen zorgen te maken dat het gas ooit weglekt. Uit ondergrondse waterreservoirs kan het gas in theorie wel ontsnappen. Hat gas wordt daar onder hoge druk opgelost in water. Door een aardschok kunnen de moleculen weer uit de oplossing komen, zoals koolzuur in een fles spa die je even flink schudt.

Mazumder is vooral erg te spreken over de selectieve werking van de kolen. “In experimenten als die in Polen, wordt zuiver koolstofdioxide de grond in gepompt”, zegt hij. “Schoorsteengas wordt hiervoor gefilterd en dat is kostbaar, maar men dacht altijd dat het de enige manier was om uiteindelijk van CO2 af te komen en methaangas te winnen. Uit mijn onderzoek blijkt dat je ook gasmengsels van koolstofdioxide, stikstof en zwaveldioxide naar beneden kunt pompen. Het stikstofgas komt dan gewoon weer naar boven, samen met methaangas.”

Ook Nederland is rijk aan diepe kolenvelden, in vooral Limburg en een aantal plekken in de Achterhoek. Wat let ons om ons CO2 daar in te dumpen en methaangas te winnen? “Een forse investering van de overheid”, zegt Mazumder. “Het probleem in Nederland is dat alle kolenvelden nat zijn. En water vormt een barrière voor CO2. Wat we zouden moeten doen, net als de Amerikanen in hun land hebben gedaan, is het water uit de kolen oppompen. Hierdoor komt ook een deel van het methaangas omhoog. Op die manier creëer je een uitstekend opslagreservoir voor het broeikasgas, waaruit je ook nog eens extra methaan kunt winnen.”

Duurzame energie uit fossiele brandstoffen. Het klinkt paradoxaal, maar ‘schoon fossiel’ zoals deze energievormen ook wel heten, is volgens steeds meer wetenschappers de toekomst. Bij een van de technieken wordt koolstofdioxide dat vrijkomt uit elektriciteitscentrales, opgevangen en opgeslagen in lege olie- of aardgasvelden, ondergrondse zoutwaterlagen of steenkoollagen. Volgens het IPCC, de klimaatcommissie van de Verenigde Naties, kan de mens zijn CO2-uitstoot van de komende tachtig jaar ondergronds kwijt.

Vooral steenkoollagen op zo’n duizend à twaalfhonderd meter diepte zijn veelbelovend, meent dr.ir. Saikat Mazumder, die vorige week op ondergrondse CO2-opslag promoveerde bij Civiele Techniek en Geowetenschappen. “Onderzoekers van TNO experimenteren er sinds enkele jaren mee in Polen”, zegt de ingenieur, die tot voor kort ook bij dit werk betrokken was. “Ze slaan daar twee vliegen in één klap, want niet alleen raken ze van hun CO2-uitstoot van bijvoorbeeld kolencentrales af, ze winnen tegelijkertijd aardgas. Koolstofdioxide neemt namelijk de plek in van het aardgas dat in de kolen zit.”

Om deze techniek beter onder de knie te krijgen, is inzicht nodig in de manier waarop kolen en CO2 met elkaar reageren. Mazumder richtte hier de afgelopen vier jaar zijn pijlen op. Hij bracht voor het eerst goed in kaart hoe CO2 zich een weg baant door kleine scheurtjes in de kolen en zich uiteindelijk in piepkleine holtes en spleetjes vasthecht aan waterstof- en zuurstofatomen.
Gevangen

Mazumder maakte modellen die deze zogenaamde diffusie- en adsorptieprocessen beschrijven in verschillende soorten steenkolen, zoals in het zware antraciet, maar bijvoorbeeld ook het laagwaardiger lichtere bruinkool. Daarnaast keek hij hoe verschillende gasmengsels zich in de kolen gedragen. In een speciaal vat met daarin een brok steenkool, perste hij pure CO2 en een mengsel waarin stikstof en zwaveldioxide waren toegevoegd.

“Een belangrijk pluspunt van steenkoollagen is dat koolstofdioxide er ontzettend stabiel in gevangen blijft zitten”, vertelt Mazumder. “Steenkool is een groot liefhebber van koolstofdioxide. Stikstofgas bindt het daarentegen helemaal niet. De kolen zijn dus selectief en werken als een filter.”

Milieuorganisaties hoeven zich volgens hem geen zorgen te maken dat het gas ooit weglekt. Uit ondergrondse waterreservoirs kan het gas in theorie wel ontsnappen. Hat gas wordt daar onder hoge druk opgelost in water. Door een aardschok kunnen de moleculen weer uit de oplossing komen, zoals koolzuur in een fles spa die je even flink schudt.

Mazumder is vooral erg te spreken over de selectieve werking van de kolen. “In experimenten als die in Polen, wordt zuiver koolstofdioxide de grond in gepompt”, zegt hij. “Schoorsteengas wordt hiervoor gefilterd en dat is kostbaar, maar men dacht altijd dat het de enige manier was om uiteindelijk van CO2 af te komen en methaangas te winnen. Uit mijn onderzoek blijkt dat je ook gasmengsels van koolstofdioxide, stikstof en zwaveldioxide naar beneden kunt pompen. Het stikstofgas komt dan gewoon weer naar boven, samen met methaangas.”

Ook Nederland is rijk aan diepe kolenvelden, in vooral Limburg en een aantal plekken in de Achterhoek. Wat let ons om ons CO2 daar in te dumpen en methaangas te winnen? “Een forse investering van de overheid”, zegt Mazumder. “Het probleem in Nederland is dat alle kolenvelden nat zijn. En water vormt een barrière voor CO2. Wat we zouden moeten doen, net als de Amerikanen in hun land hebben gedaan, is het water uit de kolen oppompen. Hierdoor komt ook een deel van het methaangas omhoog. Op die manier creëer je een uitstekend opslagreservoir voor het broeikasgas, waaruit je ook nog eens extra methaan kunt winnen.”