“terug in de aarde”: oplossing voor co2 probleem - CO2

“TERUG IN DE AARDE”:
OPLOSSING VOOR CO2 PROBLEEM
Olie, gas en kolen worden uit de aarde
gehaald om energie te leveren. Bij het
verbranden van deze fossiele brandstoffen
wordt kooldioxide geproduceerd, dat een
opwarmend effect heeft op het klimaat op
aarde. Het is mogelijk om deze kooldioxide op
te vangen, terug in de aarde te brengen en
daar op te slaan. Deze aanpak kan een
belangrijke bijdrage leveren om de emissie
van broeikasgassen te verminderen en helpen
om klimaatverandering tegen te gaan. Het
vormt daarmee een belangrijk onderdeel van
de
transitie
naar
een
duurzame
energiehuishouding.
Waarom afvang en opslag van CO2?
De aanwijzingen voor de invloed van menselijk
handelen op het klimaat op aarde worden steeds
sterker. De wereldwijde emissies van kooldioxide
(CO2) in de atmosfeer, als gevolg van het
toenemende gebruik van fossiele brandstoffen,
speelt daarin een sleutelrol. De meeste
wetenschappers zijn het er over eens dat de CO2
emissies in de wereld met 50% moeten worden
verminderd om de CO2 concentratie in de
atmosfeer te kunnen stabiliseren en daarmee
klimaatverandering tegen te gaan. Als eerste stap
is in 1997 het Kyoto protocol opgesteld, met de
afspraak om in 2012 de emissies te verminderen
tot beneden het niveau van 1990. De vereiste
verminderingen kunnen worden bereikt met drie
typen maatregelen:
•
Energie efficiency en energiebesparingen
•
Gebruik van hernieuwbare energiebronnen
(zoals wind- en zonne-energie)
• Afvang en opslag van CO2
Het is duidelijk geworden dat het gezamenlijk
effect van energiebesparingen en hernieuwbare
energie nog niet voldoende sterk is voor de
vereiste emissieverminderingen. De derde
maatregel, CO2 afvang en opslag, zal daarom
ook nodig zijn om klimaat veranderingen te
helpen beperken. CO2 in de grond stoppen is op
zich niets nieuws. In veel landen bestaan grote
hoeveelheden natuurlijke CO2, opgeslagen in
miljoenen jaren oude geologische formaties. De
wereldeconomie draait grotendeels op fossiele
brandstoffen en grote veranderingen in ons
energiesysteem zullen jaren in beslag nemen.
© CO2NET 2005
CO2 afvang en opslag zal de overgang
ondersteunen van een energievoorziening op
fossiele brandstoffen naar een meer duurzaam
energiesysteem, met een zo klein mogelijk effect
op het klimaat. Ons huidige voorzieningssysteem
zal in de transitieperiode weinig veranderen,
maar wel zal nieuwe infrastructuur moeten
worden gebouwd: elektriciteitscentrales zullen
met afvang installaties worden uitgerust en
pijpleidingen moeten worden gelegd naar
opslagplaatsen.
Wat is CO2 Afvang en Opslag ?
Alle fossiele brandstoffen bevatten koolstof.
Bij het verbranden reageert deze koolstof met
de zuurstof in de lucht en vormt CO2. Door de
koolstof voor of na het verbrandingsproces ter
verwijderen, bijvoorbeeld in elektriciteitscentrales, wordt de emissie van CO2 in de
atmosfeer voorkomen. Er ontstaat een stroom
CO2 gas, die wordt getransporteerd naar een
geschikte ondergrondse opslagplaats. Dat
kan een leeg olie- of gasveld zijn, een
kolenlaag of een watervoerende aardlaag.
CO2 opslaginstallatie
(foto ABB Lummus Crest)
Hoe en waar kan CO2 worden afgevangen?
Ongeveer 60% van de alle CO2 emissies in de
wereld vinden plaats bij grote vaste installaties,
zoals elektriciteitscentrales, raffinaderijen, en
grote chemische complexen. In de meeste
gevallen bevatten de uitlaatgassen van deze
installaties maar een klein deel CO2 (5% tot 15%).
Een mogelijkheid is om de het CO2 te scheiden
van de andere uitlaatgassen, om daarmee een
stroom gas te produceren die meer dan 90% CO2
bevat. Een andere optie is om de koolstof in de
brandstof al te verwijderen voor de verbranding.
Dat gebeurt bijvoorbeeld nu al, wanneer waterstof
en CO2 worden gemaakt uit aardgas (CH4). CO2
afvang is een bekende technologie in
verschillende industriële processen, waarbij CO2
wordt gescheiden van andere gassen. Op dit
moment wordt de CO2 ofwel in de lucht geblazen,
ofwel na extra reiniging gebruikt om hoge
kwaliteit CO2 te produceren voor niche markten,
zoals bijvoorbeeld voor frisdranken. Hoewel de
technologie dus al bestaat is CO2 afvang nog niet
geoptimaliseerd voor grootschalige toepassing bij
elektriciteitscentrales. In veel landen in de wereld
wordt uitgebreid onderzoek verricht om nieuwe
veelbelovende concepten te bestuderen en
bestaande technieken te verbeteren, zodat ze
goedkoper worden en minder energie gebruiken.
Tegelijkertijd zijn tests gepland bij bestaande
centrales om deze nieuwe technieken te
beproeven op commerciële schaal.
Concept van een warmtekrachtcentrale, die
zowel elektriciteit, warmte en waterstof
produceert, terwijl de CO2 wordt afgevangen en
ondergronds wordt opgeslagen
(CO2SINK project, GFZ, Potsdam, 2004)
Waar wordt de CO2 opgeslagen?
Na afvang kan CO2 ofwel worden opgeslagen of
opnieuw gebruikt (bijvoorbeeld als grondstof voor
tuinbouwkassen of voor de frisdrankindustrie).
Omdat de markt voor hergebruik vrij beperkt is,
zal het leeuwendeel van de afgevangen CO2
opgeslagen moeten worden. CO2 kan opgeslagen
worden in geologische formaties (inclusief lege
olie en gasvelden, zoutwaterlagen en kolenlagen
die niet te ontginnen zijn). CO2 kan ook worden
omgezet in mineralen. Geologische formaties
bezitten een zeer grote opslagcapaciteit (zie
Ondanks
de
grote
variaties
in
tabel).
© CO2NET 2005
opslagcapaciteit blijkt dat er voldoende capaciteit is
om de wereldwijde CO2 emissies voor tientallen en
mogelijk honderden jaren op te slaan.
Wereldwijde capaciteit van potentiële CO2
opslag opties (Gt = miljard ton)
Optie
Diepe en zoute aquifers
(watervoerende lagen)
Lege olie en gas velden
Kolenlagen
Opslag capaciteit
in Gt CO2
400 – 10,000
930
30
Huidige wereld emissie:
25 Gt CO2 per jaar
Bron: IEA-GHG, 2004
Olie en gas reservoirs, die in het algemeen goed
onderzocht zijn, worden beschouwd als veilige
opslagplaatsen
voor
CO2,
aangezien
de
brandstoffen, vaak samen met CO2, al miljoenen
jaren in deze reservoirs zijn opgeslagen. Het
injecteren van CO2 in reservoirs waar nog olie/gas
in zit, is een gebruikelijke methode om extra
brandstof te winnen. De opbrengsten van deze
extra olie/gas kunnen de kosten van CO2 opslag
deels compenseren. Dit proces, dat voor olie
wordt aangeduid met EOR (enhanced oil
recovery) wordt in de VS al tientallen jaren met
CO2 uitgevoerd, tot nu toe zonder de bedoeling
om CO2 op te slaan. In Canada wordt al jarenlang
zuur gas (het eindproduct van de raffinage van
aardgas, en vooral bestaande uit CO2 en H2S)
geïnjecteerd in olie- en gasvelden en diepe zoute
aquifers.
Diepe zoute aquifers zijn ondergrondse formaties,
meestal bestaande uit zandsteen, die zout water
bevatten. Deze formaties bezitten een enorm
opslagpotentieel: zij zijn in de meeste landen
aanwezig, vaal dichtbij industriële CO2 bronnen,
zijn meestal erg groot, en hebben daarom een
grote opslag capaciteit. De injectie van CO2 in
deze formaties is vergelijkbaar met de injectie in
olie en gasvelden. Het Noorse Sleipner project,
het eerste commerciële CO2 injectie project in de
wereld, waar jaarlijks circa 1 miljoen ton CO2
wordt geïnjecteerd in een grote aquifer onder de
Noordzee, demonstreert dat CO2 effectief kan
worden opgeslagen in grote hoeveelheden.
Ondergrondse kolenlagen kunnen soms niet
gewonnen worden, omdat ze te diep liggen of te
dun zijn. Ze bevatten meestal ook zekere
hoeveelheden aardgas (methaan). Als er CO2 in
een kolenlaag wordt geïnjecteerd, dan blijkt dat
CO2 beter “plakt” aan de kolenlaag dan methaan,
dus verdrijft CO2 de methaan, die vervolgens vrij
komt. Dit betekent dat er aardgas gewonnen kan
worden uit de kolenlaag, zodat de kosten van
CO2 opslag deels worden gecompenseerd.
Kolenlagen hebben aardgas voor miljoenen jaren
vastgehouden, zodat het vrij waarschijnlijk is dat
ze ook CO2 voor tenminste duizenden jaren
kunnen vasthouden. Deze opslag techniek wordt
getest in het Europese RECOPOL project, met
een veldexperiment in Polen.
plaatsvinden als er CO2 wordt getransporteerd op
grote schaal, kunnen de gevolgen beperkt
worden door de juiste veiligheidsmaatregelen te
nemen. Ze zijn dan niet groter dan niet groter dan
de risico’s bij het transport van aardgas, zoals in
veel Europese landen plaatsvindt. Bovendien is
CO2 niet explosief of brandbaar, en zijn de
eventuele gevolgen bij lekkage vermoedelijk
geringer dan bij een breuk in een aardgas pijplijn.
Het Sleipner project - 1 miljoen ton CO2 worden
jaarlijks opgeslagen in een aquifer onder de
Noordzee (Bron: Statoil)
Wat zijn de kosten van CO2 afvang, transport
en opslag?
Als er bij elektriciteitscentrales CO2 wordt
afgevangen, kost dit extra energie, en dus zullen
de kWh kosten toenemen. De toename hangt af
van het type centrale (kolen of gas) en van de
kosten van de brandstof. Verschillende studies,
o.a. door het Greenhouse Gas R&D programma
van het Internationale Energie Agentschap,
geven aan dat dor CO2 afvang de opwekkosten
toenemen met 1,3 tot 3 eurocent per kWh. Een
andere manier om deze extra kosten uit te
drukken is in termen van de kosten van de
vermeden CO2 emissie. CO2 afvang kost op dit
moment tussen de 25 en 60 €/ton vermeden CO2.
Het lopende onderzoek is erop gericht om deze
kosten te halveren.
Transport kosten zijn relatief bescheiden: het
transporteren van CO2 over 100 km via een
pijplijn kost tussen 1 tot 4 €/ton vermeden CO2.
De kosten van CO2 opslag hangen sterk af van
het type reservoir waarin het wordt geïnjecteerd.
Bij aquifers en lege olie en gas velden varieren
de kosten van 10 tot 20 €/ton CO2. Als er extra
olie of gas wordt geproduceerd door de injectie
van CO2, dan kunnen de kosten zelfs minder dan
0 €/ton CO2 zijn. Met andere woorden: de
opbrengsten zijn hoger dan de kosten, zodat dit
een profijtelijke optie is.
Wat zijn de risico’s van CO2 afvang, transport
en opslag?
Zoals bij iedere technologie zijn er risico’s
verbonden aan het afvangen en opslaan van
CO2. De vragen die we ons dienen te stellen zijn:
(a) zijn de risico’s van CO2 afvang en opslag
acceptabel en (b) zijn de risico’s vergelijkbaar
met die van andere CO2 reductie opties? De
belangrijkste risico’s bestaan bij het transport en
bij de opslag van CO2. Opslagplaatsen zullen bij
voorkeur worden gerealiseerd in gebieden met
stabiele rotsformaties, en niet in gebieden met
kansen op aardbevingen.
In de VS, bestaat een uitgebreide infrastructuur
met CO2 pijpleidingen (3100 km). In de ongevalsstatistieken voor deze pijpleidingen staan tien ten
incidenten tussen 1990 en 2001, zonder enige
gewonden. Hoewel een incident in principe kan
© CO2NET 2005
CO2 transport VS - Canada
Het belangrijkste risico bij opslag bestaat in een
breuk bij een injectieput, waarbij een stroom CO2
zou vrijkomen. De kans op een plotselinge
ontsnapping van CO2 dat is opgeslagen in een
ondergronds reservoir is uiterst klein, en
vergelijkbaar met de ontsnapping van aardgas bij
een aardgasput, en die is uiterst klein.
In vele instituten in de wereld wordt er onderzoek
gedaan, waarbij de volgende onderwerpen op het
gebied van risico’s worden onderzocht:
• Gedetailleerd
onderzoek
naar
de
natuurkundige en chemische processen in
reservoirs
• Procedures bij de keuze van opslagplaatsen,
inclusief analyse van seismische activiteit
(aardbevingen)
• Gereedschappen en modellen om het lange
termijn gedrag van CO2 te voorspellen
• Waarneming- en verificatietechnieken
• Risico-inschatting
methodes
en
risico
management procedures
• Praktijk ervaring en normen
• Betrouwbaarheid van putten
Stimuleringsmaatregelen
Om een significante bijdrage van CO2 afvang en
opslag aan de beperking van CO2 emissies te
kunnen
realiseren,
zijn
er
stimuleringsmaatregelen nodig, om de vereiste grote
investeringen door energiebedrijven en andere
grote industrieën in deze extra technologie te
bevorderen. Dat betekent dat er een prijs voor
CO2 tot stand dient te komen, ofwel in de vorm
van een CO2 belasting of van een CO2
handelssysteem.
In een handelssysteem wordt er een markt voor
CO2 in het leven geroepen door een maximale
emissie per land vast te stellen (het zgn cap &
trade systeem) en emissies toe te delen aan
bedrijven en sectoren die CO2 uitstoten. Het ETS
(Emissions Trading System) van de Europese
Unie omvat het gebruik van CO2 afvang en
opslag (EC besluit 29 januari 2004) zodat deze
technologie toegevoegd kan worden aan de lijst
van andere energiebronnen met lage emissie en
om er voor te zorgen dat Europa een veilige en
duurzame aanvoer van energie blijft houden voor
de voorzienbare toekomst.
Als CO2 afvang en opslag kan worden ontwikkeld
voor kosten lager dan 20 €/ton vermeden CO2
and geologische opslag van CO2 acceptabel en
veilig blijkt te zijn om broeikasgas emissies te
beperken, dan kan deze techniek binnen een
decade commercieel worden geïntroduceerd,
ervan uitgaande dat dan de regelgeving en
belastingswetgeving daarmee in lijn zijn gebracht.
Meer informatie:
www.co2net.com: CO2NET is een Europees
Thematisch
Netwerk,
met
als
doel
om
beleidsmakers en belanghebbende partijen van
informatie te voorzien.
www.co2captureandstorage.info: een website met
gedetailleerde informatie over de technologie over
een groot aantal lopende projecten in de wereld.
www.ieagreen.org.uk: Het zgn. Greenhouse Gas
Programme van het Internationale Energie
Agentschap (IEA-GHG) vormt een internationaal
samenwerkingsverband op het het gebied van
onderzoek, met als doel om
technieken te
evalueren,
resultaten
te
verspreiden
en
doelstellingen voor verder onderzoek te formuleren.
Nederland is lid van IEA-GHG
www.co2captureproject.org: Het CO2 Capture
Project (CCP) is een internationaal project
gefinancierd
door
acht
van
de
grootste
energiebedrijven in de wereld.
www.clsforum.org: Het Carbon Sequestration
Leadership Forum (CSLF) is een internationaal
initiatief voor het promoten van CO2 afvang en
opslag op regeringsniveau. Nederland is lid van het
CSLF.
www.ipcc.ch: Het Intergovernmental Panel on
Climate Change (IPCC) heft eind 2005 een “Special
Report on Carbon Capture and Storage”
uitgebracht.
www.climnet.org/CTAP: Climate Action Network
(CAN) is een samenwerkingsverband van
milieuorganisaties. CAN hield in 2005 een speciale
workshop over CO2 afvang en opslag.
Mogelijke toekomstige situatie: fossiele brandstoffen wekken elektriciteit en waterstof op en CO2 wordt afgevangen en opgeslagen
(Courtesy: Statoil)
© CO2NET 2005
Deze brochure is een product van het CO2NET2
project, ondersteund door de Europese Commissie.
Hij is geschreven door het Utrecht Centrum voor
Energieonderzoek (UCE), met bijdragen van vele
CO2NET leden.