Een goedkopere en veiligere manier om aardgas te transporteren

Aardgas is momenteel een relatief veel gebruikte fossiele brandstof voor allerhande toepassingen zoals bijvoorbeeld om te koken, of als verwarming. Maar het kan ook op grote schaal gebruikt worden bijvoorbeeld in gascentrales voor de opwekking van elektriciteit. Daarnaast kent aardgas ook nog een aantal andere toepassingen zoals voor de productie van ammonia voor kunstmest of als grondstof bij de productie van waterstof. Ten opzichte van de andere fossiele brandstoffen zoals aardolie en steenkool is aardgas een relatief schone brandstof. Want er wordt bij de verbranding van aardgas minder CO2 uitgestoten per joule die er geleverd wordt in vergelijking met de andere fossiele brandstoffen. Aardgas ontstaat bij hetzelfde proces dat tot de vorming van aardolie leidt en vertegenwoordigt de lichtere fractie organische producten van het proces. Aardgas wordt daarom vaak samen met aardolie gevonden, hoewel soms het gas de kans ziet in andere aardlagen door te dringen dan de veel zwaardere olie en er zo een scheiding kan zijn ontstaan.

Aardgas is in het algemeen een interessante energiebron. Maar er is wel een probleempje bij het gebruik van aardgas, namelijk het is niet zo eenvoudig te transporteren. Dit komt doordat aardgas een lage dichtheid heeft, en er is dus een groot volume vereist voor het transport ervan. Daarom verkiest men in het algemeen pijpleidingen. Maar hiermee is het moeilijk om het aardgas te transporteren naar overzeese locaties. Ook vraagt de aanleg van een pijpleidingen netwerk een hoog investeringskapitaal. Daarnaast moet een dergelijk netwerk onderhouden en geïnspecteerd worden op lekken. Wanneer een pijpleidingen doorheen moeilijk bereikbaar terrein loopt is het onderhoud ook niet direct vanzelfsprekend. Een andere optie voor het transport van aardgas is om het aardgas te vervoeren onder verhoogde druk, als compressed natural gas (CNG). Of kan het aardgas vervoerd worden als vloeistof, liquefied natural gas (LNG). LNG wordt voornamelijk toegepast voor het transport over lange afstanden met speciale grote schepen. En CNG gebruikt men vooral voor het transport over korte afstanden in tankwagens. Bij LNG wordt het gas, onder de normaal druk, afgekoeld tot een temperatuur van -161,5°C. Bij deze temperatuur wordt het gas vloeibaar en wordt het volume 600 maal kleiner. Soms wordt dit ook gedaan bij een hogere druk, dan moet er minder afgekoeld worden. Het gebruik van CNG of van LNG zorgt wel voor hogere transportkosten.

Het transport van aardgas is een onderwerp waar er veel belangstelling aan gegeven wordt omdat de kosten die ermee gepaard gaan, een groot aandeel uitmaken van de totale kost van aardgas. Dus wanneer er een goedkopere manier gevonden kan worden om aardgas te transporteren, zou deze enorm welkom zijn voor de landen die geen binnenlandse voorraden hebben aan aardgas en deze moeten importeren vanuit overzeese locaties. Onderzoekers van het Amerikaanse Department of Energy ontwikkelden een dergelijke nieuwe transport-methode voor aardgas waarbij de kostprijs lager is. In essentie zou het aardgas opgeslagen en getransporteerd worden door het in te sluiten in ijs. Naast goedkoper zou deze aanpak ook veiliger zijn dan de conventionele transportmethodes. Er is namelijk geen gevaar dat het aardgas zou ontploffen. Goedkoper transport voor aardgas zal er ook voor zorgen dat moeilijk bereikbare aardgasreserve nu wel ontgonnen kunnen worden. 

Aardgas opgeslagen in ijs wordt ook wel methaanhydraat genoemd. Methaanhydraat, ook wel methaan-clathraat of methaanijs genoemd, is een vorm van waterijs dat binnen zijn kristalstructuur grote hoeveelheden methaan bevat. Elk methaanmolecul is als het ware gevangen in een kooi van watermoleculen. Methaanhydraat blijft stabiel bij temperaturen niet hoger dan 18°C. De conventionele methodes om methaanhydraat te maken vragen veel tijd, een aantal uren tot zelfs dagen. Bij deze methodes wordt het methaangas gemixed met het water in grote drukvaten. Maar de onderzoekers hebben nu een nieuwe techniek ontwikkeld voor de productie van methaanhydraat waarmee de productiesnelheid veel hoger ligt. Het water wordt samen met het methaangas door een speciaal ontworpen mondstuk geperst en hierbij wordt methaanhydraat bijna ogenblikkelijk gevormd. Bij het verlaten van het mondstuk, ziet het gevormd methaanhydraat er uit als sneeuw.

De uitdaging was om het mondstuk zodanig te ontwerpen zodat de juiste condities verkregen worden opdat de vorming van methaamhydraat onmiddellijk plaatsvindt, nadat het water en het methaangas het mondstuk verlaten. Wanneer het methaanhydraat te vroeg gevormd wordt, dan gaat het mondstuk verstopt geraken. Deze methode werd momenteel enkel nog getest op kleine schaal en dit verliep succesvol. Er werd al een proefproject uitgevoerd in Japan door Mitsui Engineering & Shipbuilding met methaanhydraat. Bij dit project werd er gebruik gemaakt van de conventionele, trage productiemethodes voor het methaanhydraat. De conclusie van de proefproject was dat het mogelijk is dat het goedkoper is om methaanhydraat te transporteren dan LNG, zelfs wanneer de kosten voor de infrastructuur voor de productie van het methaanhydraat en voor de omzetting van methaanhydraat terug om te zetten in aardgas ingerekend worden.

De productie van het methaanhydraat is eigenlijk het nabootsen van de omstandigheden waarbij dit op een natuurlijke wijze gevormd wordt. Er wordt namelijk methaanhydraat gevormd in de grondlagen diep onder de oceanen. Daar is de druk namelijk zeer groot en is de temperatuur toch relatief laag. Eens deze kristallen van methaanhydraat gevormd zijn, dan blijven deze bestaan ook wanneer de druk afneemt. Het methaanhydraat die gevormd wordt met deze nieuwe techniek ziet er uit als sneeuw. Deze sneeuw kan dan samengepakt worden in kubussen. Deze kubussen worden dan ingeladen in schepen met gekoeld ruimen. Daar worden ze bewaard bij een temperatuur rond de -10°C. Deze temperatuur is veel gemakkelijker te verkrijgen dan de -161,5°C voor LNG. Daarnaast wanneer een LNG-schip beschadigd geraakt, dan verdampt het LNG enorm snel en vindt er een explosie plaats. Methaanhydraat is ook wel brandbaar maar de snelheid waarmee het verbrandt is veel kleiner en er is dus geen explosiegevaar. Wanneer het schip eenmaal de bestemming bereikt heeft, kan het methaangas teruggewonnen worden door het methaanhydraat op te warmen tot aan kamertemperatuur.

Het concept van deze nieuwe transportmethode klinkt zeer interessant. Maar het is momenteel nog enkel maar een concept dus elke stap moet apart onderzocht worden zodat deze verder kan ontwikkeld worden voor industriële toepassingen op grote schaal. Wanneer de onderzoekers er in geslaagd zijn om elke stap zover te ontwikkelen en deze te laten samenwerken, dan kan deze techniek ook effectief gebruikt worden. Momenteel is het nog moeilijk te zeggen of deze techniek echt praktisch haalbaar zal zijn.

via [technologyreview]