Het risico van ondergrondse opslag van CO2 voor het grondwater

De opwarming van de aarde en het veranderende klimaat vormt een grote potentiële bedreiging voor het leven van de mens op aarde. Men weet dat dit het gevolg van ons enorm gebruik van fossiele brandstoffen als leverancier van energie. Het is in ieders belang om maatregelen te gaan nemen om de opwarming van de aarde en de klimaatverandering te voorkomen. Maar dit is simpel gezegd maar het is niet direct zo simpel om dit dan ook te gaan doen. Dit komt doordat fossiele brandstoffen, afgezien van hun nadelige impact op mens en milieu, een zeer geschikte energiebron is voor de activiteiten van de mens. En dit heeft er dan ook voor gezorgd dat men in de loop van de geschiedenis een systeem van technologieën, infrastructuur, economie en dergelijke heeft opgebouwd rondom fossiele brandstoffen. Het is zover gekomen omdat het nadelig effect van fossiele brandstoffen op mens en milieu nog maar een relatief korte tijd gekend zijn of voldoende aandacht hebben gegeven, in vergelijking met de periode waarin men gebruik maakt ervan. En nu is dit systeem van deze zaken in heel sterke mate uitgebouwd waardoor het niet meer zomaar is weg te denken. En dus zal het waarschijnlijk nog meerdere decennia gaan duren vooraleer men een groot aandeel van de fossiele brandstoffen kan vervangen door een gelijkaardig alternatief die ongeveer dezelfde prijs heeft en die ook overvloedig beschikbaar is voor de mens.

Dus is het niet onverstandig om een oplossing voor de klimaatproblematiek te gaan bedenken die we in deze tussentijd gaan kunnen invoeren. En dergelijke oplossingen zijn eigenlijk al bedacht maar meestal kennen deze telkens wel een aantal trade-offs. En over zo'n oplossing is er ook meestal slechts een beperkte kennis over dergelijke trade-offs. En daarom wordt er veel onderzoek door wetenschappers uitgevoerd naar deze oplossingen en hun trade-offs. En dit zorgt ervoor dat men deze trade-offs beter kan gaan inschatten. Eén van deze oplossingen is het invoeren van carbon capture and sequestration (CCS) ofwel CO2-afvang en -opslag. En hierbij wordt dus de CO2 die vrijkomt tijdens de verbrandingsprocessen van fossiele brandstoffen opgevangen en opgeslagen zodat het niet vrij in de atmosfeer terecht komt. Want het is juist doordat het vrijkomt in de atmosfeer dat het zorgt dat de aarde gaat opwarmen en het klimaat gaat veranderen. Er bestaan al verschillende technologieën om het CO2 te gaan opvangen. In grote lijnen bestaan er twee verschillende manieren om dit te gaan doen, namelijk ofwel voor het verbrandingsproces ofwel na het verbrandingsproces. De tweede methode spreekt voor zich, daarbij wordt de fossiele brandstof verbrandt, er komen verbrandingsgassen vrij die onder andere CO2 bevatten. Deze rookgassen worden dan 'gewassen' in een gaswasser. In zo'n gaswasser komen de rookgassen in contact met speciale absorbens die in staat zijn om het CO2 in deze rookgassen te gaan absorberen en dan elders weer af te geven. Deze kunnen in het algemeen hergebruikt worden. De tweede methode is misschien minder vanzelfsprekend, hierbij wordt de fossiele brandstof met behulp van zuurstof en/of water omgezet in syngas - syngas is een gasmengsel van koolmonoxide en waterstof). Door het afscheiden van de CO2 wordt de omkeerbare chemische omzetting beïnvloed en onstaat een gas met vrijwel zuiver waterstof. Bij verbranding levert het waterstofgas enkel water als restproduct en geen CO2. Deze technologieën beletten dus dat er geen of slechts een verwaarloosbare hoeveelheid CO2 vrijkomt in de atmosfeer.

CCS kent uiteraard zowel voordelen als nadelen. De voordelen zijn dat CCS een directe bijdrage levert tot het voorkomen van de opwarming van de aarde, ervoor kan zorgen dat hernieuwbare energie een langere tijd krijgt om uit te groeien tot volwassen technologieën die klaar zijn voor de commerciële energiemarkt, dat het mogelijk maakt om recente investeringen in infrastructuur voor de productie voor fossiele brandstoffen niet verloren gaan en nog andere. Maar niets kent enkel maar voordelen, steeds zijn er ook nadelen en bij CCS is zijn deze zo ongeveer dat het zorgt voor een hoger energieverbruik bij de productie van energie uit fossiele brandstoffen, de kosten voor de aanleg van de infrastructuur zijn hoog, er zijn nog onbekende risico's verbonden met het transport en de opslag van het opgevangen CO2, het is nog onduidelijk wie er verantwoordelijk is voor de opslag op lange termijn, het de aandacht wegneemt van de hernieuwbare energiebronnen en nog andere. Dus er zijn nog een heleboel vragen omtrent CCS, zeker omtrent de prijs ervan.

De hoeveelheid fossiele brandstoffen die men nog uit de grond zal kunnen halen wordt bepaald door de competitie tussen de uitputting van de beste bestaande voorraden en de ontwikkeling van de technologie die zorgt voor de toegang tot voorraden die voorheen onbereikbaar waren. En tot nu toen is de technologie steeds de winnaar van deze technologie. Maar de technologie wint wel steeds de strijd maar bij elke overwinnen wordt hij wel een stukje kostelijker. Het gaat niet alleen om de mogelijkheid om een bepaalde reserves fossiele brandstoffen naar boven te kunnen halen maar het gaat hem in het eerste geval om dit te kunnen doen tegen een betaalbare prijs. En deze trend van de stijgende prijs van de nieuwe technologieën om moeilijk te bereiken fossiele brandstoffen naar boven is eigenlijk een spelbreker voor CCS. Want ook CCS zorgt voor een extra bijdrage aan de prijs van de energie van de fossiele brandstoffen indien men met CCS belet dat het CO2 in de atmosfeer terecht komt. Onderzoekers hebben een ruw idee over hoeveel deze extra kost zou zijn. Indien het gaat om elektriciteitscentrale dan zou meer kost, wanneer er gebruik gemaakt wordt van steenkool, rond de 60% à 230% bedragen van de kostprijs zonder CCS. En bij gascentrale, waar er dus gebruik gemaakt wordt van aardgas, zou de extra kost rond de 40% à 70% van de kostprijs zonder CSS gaan zijn. Dit is een aanzienlijke extra kostprijs en zou ervoor kunnen zorgen dat de kostprijs van deze energie te hoog is voor wat de mens er wil voor betalen.

Ook moet er steeds een geschikte bestemming gevonden worden voor de opslag van de opgevangen CO2. Een ideale bestemming zouden de uitgeputten aardolie en aardgas reservoirs, steenkoollagen die ontgonnen kunnen worden en diepe zoutformaties zijn. Namelijk doordat deze bestand zijn tegen een grote druk waaronder het CO2 zou opgeslagen worden en omdat ze bestaan uit poreus gesteente waarin het CO2 gas opgeslagen kan worden. Volgens het Department of Energy (DOE) in de VS is de opslagcapaciteit van de diepe zoutformaties in de VS ongeveer 12.000 gigaton CO2. En dit zou dus willen zeggen dat CCS voor een lange termijn een duurzame oplossing is voor energieopwekking, want momenteel bedraagt de jaarlijkse uitstoot van de VS 33 gigaton CO2. Dus het begraven van miljarden ton CO2 lijkt dus een zeer verleidelijke oplossing maar ook gevaarlijk en uiterst moeilijke taak uiteindelijk bij nader inzicht lijkt het toch wel doenbaar te zijn. Ingenieurs hebben al voldoende kennis en ervaring met gelijkaardige taken om dit te gaan uitvoeren en wetenschappers denken dat het wel veilig kan gebeuren op grote schaal. Ervaring is opgedaan met het onder druk zetten van olievoorraad, namelijk wanneer een olieveld al deels uitgeput is, komt de aardolie niet meer zomaar tot aan het aardoppervlak. Maar dit wordt opgelost door een extra gat te boren naar het olieveld waarlangs allerhande vloeistoffen of gassen in het olieveld worden geïnjecteerd om er de druk op te drijven. En bij een verhoogde druk komt de ruwe aardolie dan wel weer tot aan het aardoppervlak. Dit proces is al in gebruik sinds 1930 en dus heeft men er al een heleboel ervaring en kennis mee opgedaan. Een gelijkaardige manier van werken zou gebruikt kunnen worden om CO2 ondergronds te gaan opslaan.

Een ander potentieel gevaar heeft de afgelopen tijd al heel veel aandacht gekregen van onderzoekers en wetenschappers, namelijk het gevaar voor lekken. Want indien er een lek ontstaat waardoor al het CO2 toch vrijkomt in de atmosfeer is al de moeite een maat voor niets geweest. Maar niet alleen een lek naar de atmosfeer is een groot gevaar, ook een lek naar voorraden van grondwater is een ernstig risico verbonden met de ondergrondse opslag van CO2. Bij een recent onderzoek hebben de onderzoekers grondwaterstalen genomen uit voorraden die boven een potentiële opslagplaats voor CO2 liggen. In het laboratorium hebben ze deze waterstalen blootgesteld aan stroom CO2, die speciaal ontworpen was een lekkend opslagplaats voor CO2 te gaan simuleren. En dus aan de hand van deze proefopstelling kon men de veranderingen in de chemische samenstelling analyseren van het grondwater en krijgt men een beeld wat de impact van een lekkende opslagplaats voor CO2 zou zijn op het grondwater in de buurt. Uit de data van dit experiment bleek dat de pH waarde van het grondwater afneemt tot een waarde tussen de 1 à 2. En dus ging het CO2 gas gaan reageren met het water en werd er zo koolzuur gevormd.

De sterke daling van de pH-waarde van het grondwater zorgt dat de kleine resten van het gesteente in het grondwater gaan oplossen. Het gesteente in het grondwater komt van het omliggende gesteente die zich onder de grond bij het water bevindt. En wanneer de pH-waarde van het water afneemt, gaat de concentratie van elementen, die daarvoor tot die resten van het gesteente behoorden, gaan toenemen. Hoeveel de concentratie aan die bepaalde elementen toenam verschillend met de afkomst van het grondwaterstaal maar in het algemeen kon er wel een stijgende trend waargenomen worden in de concentratie van de alkalimetalen, aardalkalimetalen, magnesium, kobalt, nikel, ijzer. De toename zorgde in sommige gevallen voor een verdubbeling van de originele concentratie. En de concentraties van aluminium, magnesium, cadmium, selenium, barium, thallium en uranium stegen tot of over de toegelaten concentratieniveau's van het Environmental Protection Agency (EPA)- het federale agentschap in de VS dat belast is met de bescherming van de volksgezondheid en de bescherming van het milieu. Wat ook zorgwekkend was dat de concentratie van lithium, kobalt, uranium en barium doorheen het experiment bleef stijgen terwijl het experiment toch wel een vrij lange periode geduurd heeft.

Deze waarnemingen zijn dus zeker en vast alarmerend. Het was dan ook een vast vermoeden in de wetenschappelijke wereld dat wanneer een lek in een CO2 opslagplaats naar een voorraad grondwater zou optreden dat dit dan een slechte impact zou gaan hebben op de kwaliteit van dat grondwater. Dus de resultaten vormde geen verrassing voor de onderzoekers en andere wetenschappers. Maar het bevestigd wel dat er grondige voorzorgen genomen worden bij de ondergrondse opslag van CO2. En zeker indien er voorraden aan grondwater in de buurt zijn. Dit bevestigd de beslissing van het EPA om de ondergrondse opslag van CO2 te verbieden op locatie waar de mogelijkheid bestaat dat het CO2 terecht zal komen bij het grondwater in de buurt. Wat ook een nuttig aspect van dit onderzoek is dat het een basis legt voor een mogelijke detectiemethode voor lekken van de opslagplaatsen. Indien men de samenstelling van water in de nabijheid van de ondergrondse opslag plaats op regelmatige basis zou gaan controleren, kan men wanneer de samenstellingen plots sterk zou veranderen gaan alarmeren dat er mogelijks een lek aanwezig is. Zo kan men sneller voorzorgen gaan nemen om erger te voorkomen. Het testen van het nabije water is een zeer goedkope methode om de opslag van het CO2 in de gaten te houden.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [scientificamerican]