CO₂-afvang en -opslag

Locatie van K12-B

Locatie van de velden Barendrecht en P18

Protestdoek tegen CO₂-opslag onder Boerakker in het dorp

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

• Sinds de aanvangsjaren zeventig van de vorige eeuw injecteren oliemaatschappijen CO₂ in olie- en gasreservoirs om de opbrengst van de bestaande velden te vergroten.

• 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.[2] 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.[3] 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[4] 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).
• Er was een plan om In 2015/18 in het P18-veld in de Nederlandse Noordzee een eerste grootschalige opslag van CO₂ te doen plaatsvinden in het kader van het Rotterdam Opslag en Afvang Demonstratieproject (ROAD). Dit project werd in 2017 zonder resultaat stopgezet. Evenals het eerste Nederlandse K12-veld en het eerste Noordse Sleipnerveld maakte dit grootschalige project onderdeel uit van de CCS-demonstratieprojecten van de Europese Unie.

• Havenbedrijf Rotterdam, Gasunie en EBN werken sinds kort na het gestopte ROAD-project in het Rotterdam CCUS-project[5] samen aan de voorbereiding van een project waarbij CO2 van de industrie uit de Haven van Rotterdam wordt verzameld en opgeslagen in het P18-veld, diep onder de Noordzeebodem.

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). Vervolgens wordt stoom toegevoegd en de water-gas-shift-reactie gebruikt om CO en water gedeeltelijk om te zetten in CO₂ en H₂. Door het afscheiden van CO₂ wordt deze omkeerbare chemische omzetting beïnvloed ('shift') en ontstaat een gas met vrijwel zuiver waterstof. Bij verbranding levert waterstof alleen water op en geen CO₂.

Dit proces 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 ingevoed.

• 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.

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:

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.[6]

De nadelen van CO₂-opslag lopen deels parallel met de twijfels rond BECCS, en 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 en het exploiteren van de infrastructuur.[7]
• 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.

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 Arbobesluit 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.[8] 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.[9]

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.[10]

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.

De transportleidingen van CO₂ moeten worden opgenomen in bestemmingsplannen. De bestemmingsplannen kunnen worden bekeken op de site Ruimtelijke Plannen.[11] De leidingen worden verantwoord onder het hoofdstuk Extern risico. De buisleidingen met een verhoogd risico zijn ook terug te vinden op de Risicokaart.[12] 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[13] ontwikkeld om gevaarlijke leidingen in bestemmingsplannen aan de aandacht te onttrekken.

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

• ter bevordering van de fotosynthese.

In broeikassen. Kassen zijn vaak voorzien van CO₂-kanonnen. Hierbij worden fossiele brandstoffen verbrand zodat extra CO₂ tot betere plantengroei leidt. Later kwamen er ook warmtekrachtkoppelingen waarbij gasmotoren elektriciteit produceren naast warmte en CO₂.

Bij algenkweek voor de productie van visvoer, hoogwaardige vetzuren, grondstoffen voor medicijnen of biobrandstoffen. Meestal kan naast de CO₂, uit dezelfde bron, ook afvalwarmte benut worden.

• als grondstof voor power-to-liquid.

Door CO₂ te binden met waterstof kunnen nieuwe koolwaterstoffen worden geproduceerd. Op IJsland, waar door geothermie en waterkracht vaak een overschot is aan groene stroom loopt een proef waarbij met duurzame bronnen geproduceerde waterstof wordt gebruikt om methanol te produceren.

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. Men vraagt zich echter af of de enorme financiële investeringen ten koste gaan van slimmere oplossingen om eventuele klimaatverandering tegen te gaan.[14][15] Verder is bebossing een goedkopere manier om CO₂ op te slaan dan CO2-afvang en -opslag.[16]

• Kyotoprotocol
• Emissiehandel
• Koolstofkringloop
• Koolstofput
• Biobrandstof uit algen
• BECCS
• Rotterdam Opslag en Afvang Demonstratieproject
• CO2-opvang met olivijn

• IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage (Engelstalig) uit web.archive.org
• CASTOR, Europees project voor CO₂ afvang en opslag^{[dode link]}
• 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.