Steenkool heeft een beetje een suffig, negentiende-eeuws imago. Als er dan toch fossiele brandstoffen opgestookt moeten worden, dan graag olie en gas.
Delen
Maar kolen zouden wel eens terug kunnen komen, voorspellen Ewout Biezen en Marc Hettema. Zij promoveerden deze week op verschillende aspecten van de ondergrondse kolenvergassing.
De motor van de wereldeconomie loopt nog altijd op olie, maar vast staat dat het een keer is afgelopen met de fossiele brandstof. Hetzelfde geldt voor gas, de schone brandstof waar de Nederlandse bodem zo rijkelijk is mee gezegend. Dankzij verfijnde opsporingstechnieken en de voortschrijdende winningstechnologie, worden de schattingen van de kostbare olie- en gasvoorraden elk jaar steeds een beetje naar boven bijgesteld. Daardoor blijven de voorraden ondanks het ongebreidelde verbruik op peil of nemen zelfs enigszins in omvang toe.
Sinds de zestiger jaren verkondigen allerlei onheilsprofeten de boodschap dat het over veertig jaar echt gedaan is met de fossiele brandstofvoorraden. Dat zou betekenen dat we rond de eeuwwisseling zijn verstoken van gas en olie. Door de optimistische verwachting van de voorraden blijft de voorspelling van een ‘deadline’ over veertig jaar echter gehandhaafd, en schuift dus nu langzamerhand in de richting van de helft van de volgende eeuw.
En wie weet doen zich de komende jaren nog belangrijke verbeteringen voor in de winningstechnieken voor olie en gas en wordt er belangrijke vooruitgang geboekt bij het efficiënter benutten van de energie-inhoud van olie en gas. Energieheffingen als gevolg van een sterker milieubewustzijn geven wellicht vernieuwbare energiebronnen als zon, wind, waterkracht en biomassa mogelijk een belangrijke impuls.
Come-back
Als deze trends zich (onverhoopt) niet aftekenen, dan is er nog een aardig alternatief in de vorm van ondergrondse kolenvergassing. Moderne winningstechnieken zouden een come-back kunnen betekenen voor de in de vergetelheid geraakte brandstof waar gedurende generaties op werd gestookt en gekookt. ,,Sinds de sluiting van de laatste mijnen in Zuid-Limburg heeft steenkool in Nederland een wat suffig imago, maar daar zou wel eens verandering in kunnen komen”, zeggen Ewout Biezen en Marc Hettema. Deze week promoveerden beiden aan de faculteit der Mijnbouwkunde en Petroleumwinning op deelaspecten van het ondergrondse kolenvergassingsproces.
Tot nog toe wordt steenkool gewonnen met behulp van schachtbouw of dagbouw. Schachtbouw is bekend van de heroïscheplaatjes van mijnwerkers die met zwarte vegen op hun gezicht in mijnschachten afdalen tot een diepte van honderden meters onder de grond, waar ze hun zware en ongezonde werk verrichten. En elk jaar wordt de wereld wel opgeschrikt door een ongeluk met instortende mijngangen, waarbij vaak tientallen mijnwerkers het leven laten.
Dagbouw appelleert heel wat minder aan romantische arbeiderssentimenten. In de dagbouw schrapen bulldozers pal aan de oppervlakte gelegen steenkool laag voor laag af. Dergelijke voorraden zijn makkelijk winbaar, maar het hoeft geen betoog dat dergelijke mijnbouwgebieden in een tijdsbestek van enkele tientallen jaren zijn geërodeerd tot een desolaat maanlandschap.
Ondergrondse kolenvergassing kent niet de bezwaren van de gevaarlijke en ongezonde arbeidsomstandigheden in de schachtbouw en de slechte milieuprestaties van de dagbouw. ,,Ook het vliegas, dat bij bovengrondse verbranding of vergassing van steenkool voor de nodige milieuproblemen zorgt, blijft bij ondergrondse kolenvergassing veilig in de diepe bodemlagen achter”, zegt Biezen.
Een voordeel van meer economische aard is dat ondergrondse vergassing de exploitatie van steenkoollagen mogelijk maakt die te diep liggen of te dun zijn om ze met de gangbare technieken te ontginnen.
Barcelona
Bij ondergrondse kolenvergassing wordt een verticale put geslagen naar de steenkoollaag. Daar aangekomen, kan met behulp van moderne technieken horizontale boring plaatsvinden om betere procesomstandigheden te creëren. Via de put wordt lucht naar de steenkoollaag gevoerd. ,,Bij bepaalde druk en temperatuur reageert de zuurstof met de steenkool (en het daarin aanwezige water), waarna bruikbare gassen als koolmonoxyde, waterstof en methaan ontstaan”, legt Biezen uit. Via een tweede put worden deze produktiegassen naar boven afgevoerd. Na enige gasbehandeling kunnen ze daar worden gebruikt als brandstof, bijvoorbeeld door ze te verstoken. De gassen kunnen tevens dienen voor de opwekking van elektriciteit. ,,Ook chemische toepassingen als de produktie van methanol of kunstmest liggen in het verschiet”, zeggen Biezen en Hettema.
In de Spaanse heuvels tussen Barcelona en Madrid in de provincie Teruel wordt met behulp van een subsidie van 40 miljoen gulden van de EU veldonderzoek verricht naar commerciële ondergrondse kolenvergassing op een diepte van 700 meter. Mocht de ondergrondse kolenvergassing ooit in Nederland werkelijkheid worden (er zal dan op een diepte van 1000 meter moeten worden vergast), dan denkt Biezen dat de produktiegassen goed kunnen worden bijgemengd met aardgas. En ook als de aardgaswinning in zijn geheel mocht zijn weggevallen, dan heeft Nederland een belangrijke voorsprong op andere lidstaten. ,,De hele fijnmazige infrastructuur van pijpleidingen en verdeelstations ligt er immers al”, aldus Biezen.
Tijdens het vergassingsproces in de steenkoollaag wordt de holte waarin de steenkool met de zuurstof uit de lucht reageert, steeds groter. Met behulp van de afsluiter op deproduktieput en de compressor op de injectieput valt de druk waarbij de vergassing optimaal verloopt, in te stellen. En de temperatuur van het vergassingsproces laat zich in enige mate regelen met behulp van de zuurstoftoevoer. De promovendi menen evenwel dat het ondergrondse proces minder goed te regelen is dan de bovengrondse kolenvergassing zoals die bijvoorbeeld momenteel op praktijkschaal wordt getest in Buggenum (Limburg). ,,Dat is de prijs die we moeten betalen voor exploitatie van slecht winbare steenkoollagen.” Biezen en Hettema bezweren dat het gevaar voor ongecontroleerde ondergrondse steenkoolbranden niet reëel is. ,,Je kunt eenvoudig de zuurstoftoevoer stoppen.”
Injectie
Biezen ontwierp een model waarin in drie dimensies kan worden beschreven hoe druk en produktie van gassen verloopt bij verschillende injectiesnelheden en doorlaatbaarheid van de steenkoollagen, dit alles terwijl de holte waarin de vergassing verloopt steeds groter wordt. Het model is getoetst op concrete praktijkberekeningen in twee testgebieden in de Verenigde Staten, waar de schok van de oliecrises in de zeventiger jaren hard aankwam en een grote geldstroom voor kolen(vergassings)onderzoek losmaakte.
Hettema richtte zich speciaal op een niet onbelangrijk detail van het ondergrondse vergassingsproces. Hij onderzocht het fenomeen dat de holte op een gegeven zo groot wordt dat het ‘dak’ of de ‘vloer’ van de steenkoollaag wordt bereikt en andere gesteenten in het geding komen. ,,Thermische spanningen maken dat deze gesteenten gaan afsplinteren”, legt Hettema uit. Dat is een vrij spectaculair proces, zo heeft hij tijdens laboratoriumproeven ontdekt. ,,De gesteenten, of ze nu kleiig zijn of uit louter zandsteen bestaan, spatten in platte, dunne ‘chips’ uit elkaar.”
Hettema heeft voor het eerst experimenteel aangetoond dat dit ‘spetteren’ wordt veroorzaakt doordat het water in het gesteente door verhitting in stoom verandert, waardoor de steenkernen exploderen. Wie denkt dat dit fenomeen van storende invloed is op het vergassingsproces, heeft het mis. Naarmate er namelijk meer kool in gas is omgezet, zakt de holte verder in. ,,De steenschijfjes liggen als wiggen in de steeds verder inzakkende holte tussen kolenfront en injectieput, en zorgen er op deze wijze voor dat de luchttoevoer naar de steenkool blijft gegarandeerd, en dat de vergassingsreactie zo lang mogelijk blijft voortduren”, aldus Hettema.
De promovendi erkennen dat ondergrondse kolenvergassing in Europa kansloos is, zolang de olie en gasprijs laag blijven. Niettemin stopt de EU geld in het kolenvergassingsonderzoek. ,,Steenkool is veel democratischer over de aardkorst verdeeld dan bijvoorbeeld olie of gas. De voorraden ervan zijn groter, en dat kan dus mogelijk het gat opvullen tussen olie en gas enerzijds en zonne-energie en kernfusie op de lange termijn. En Tweede en Derde Wereld-landen kunnen nu al profiteren van hun eigen energiebronnen.”
Steenkool heeft een beetje een suffig, negentiende-eeuws imago. Als er dan toch fossiele brandstoffen opgestookt moeten worden, dan graag olie en gas. Maar kolen zouden wel eens terug kunnen komen, voorspellen Ewout Biezen en Marc Hettema. Zij promoveerden deze week op verschillende aspecten van de ondergrondse kolenvergassing.
De motor van de wereldeconomie loopt nog altijd op olie, maar vast staat dat het een keer is afgelopen met de fossiele brandstof. Hetzelfde geldt voor gas, de schone brandstof waar de Nederlandse bodem zo rijkelijk is mee gezegend. Dankzij verfijnde opsporingstechnieken en de voortschrijdende winningstechnologie, worden de schattingen van de kostbare olie- en gasvoorraden elk jaar steeds een beetje naar boven bijgesteld. Daardoor blijven de voorraden ondanks het ongebreidelde verbruik op peil of nemen zelfs enigszins in omvang toe.
Sinds de zestiger jaren verkondigen allerlei onheilsprofeten de boodschap dat het over veertig jaar echt gedaan is met de fossiele brandstofvoorraden. Dat zou betekenen dat we rond de eeuwwisseling zijn verstoken van gas en olie. Door de optimistische verwachting van de voorraden blijft de voorspelling van een ‘deadline’ over veertig jaar echter gehandhaafd, en schuift dus nu langzamerhand in de richting van de helft van de volgende eeuw.
En wie weet doen zich de komende jaren nog belangrijke verbeteringen voor in de winningstechnieken voor olie en gas en wordt er belangrijke vooruitgang geboekt bij het efficiënter benutten van de energie-inhoud van olie en gas. Energieheffingen als gevolg van een sterker milieubewustzijn geven wellicht vernieuwbare energiebronnen als zon, wind, waterkracht en biomassa mogelijk een belangrijke impuls.
Come-back
Als deze trends zich (onverhoopt) niet aftekenen, dan is er nog een aardig alternatief in de vorm van ondergrondse kolenvergassing. Moderne winningstechnieken zouden een come-back kunnen betekenen voor de in de vergetelheid geraakte brandstof waar gedurende generaties op werd gestookt en gekookt. ,,Sinds de sluiting van de laatste mijnen in Zuid-Limburg heeft steenkool in Nederland een wat suffig imago, maar daar zou wel eens verandering in kunnen komen”, zeggen Ewout Biezen en Marc Hettema. Deze week promoveerden beiden aan de faculteit der Mijnbouwkunde en Petroleumwinning op deelaspecten van het ondergrondse kolenvergassingsproces.
Tot nog toe wordt steenkool gewonnen met behulp van schachtbouw of dagbouw. Schachtbouw is bekend van de heroïscheplaatjes van mijnwerkers die met zwarte vegen op hun gezicht in mijnschachten afdalen tot een diepte van honderden meters onder de grond, waar ze hun zware en ongezonde werk verrichten. En elk jaar wordt de wereld wel opgeschrikt door een ongeluk met instortende mijngangen, waarbij vaak tientallen mijnwerkers het leven laten.
Dagbouw appelleert heel wat minder aan romantische arbeiderssentimenten. In de dagbouw schrapen bulldozers pal aan de oppervlakte gelegen steenkool laag voor laag af. Dergelijke voorraden zijn makkelijk winbaar, maar het hoeft geen betoog dat dergelijke mijnbouwgebieden in een tijdsbestek van enkele tientallen jaren zijn geërodeerd tot een desolaat maanlandschap.
Ondergrondse kolenvergassing kent niet de bezwaren van de gevaarlijke en ongezonde arbeidsomstandigheden in de schachtbouw en de slechte milieuprestaties van de dagbouw. ,,Ook het vliegas, dat bij bovengrondse verbranding of vergassing van steenkool voor de nodige milieuproblemen zorgt, blijft bij ondergrondse kolenvergassing veilig in de diepe bodemlagen achter”, zegt Biezen.
Een voordeel van meer economische aard is dat ondergrondse vergassing de exploitatie van steenkoollagen mogelijk maakt die te diep liggen of te dun zijn om ze met de gangbare technieken te ontginnen.
Barcelona
Bij ondergrondse kolenvergassing wordt een verticale put geslagen naar de steenkoollaag. Daar aangekomen, kan met behulp van moderne technieken horizontale boring plaatsvinden om betere procesomstandigheden te creëren. Via de put wordt lucht naar de steenkoollaag gevoerd. ,,Bij bepaalde druk en temperatuur reageert de zuurstof met de steenkool (en het daarin aanwezige water), waarna bruikbare gassen als koolmonoxyde, waterstof en methaan ontstaan”, legt Biezen uit. Via een tweede put worden deze produktiegassen naar boven afgevoerd. Na enige gasbehandeling kunnen ze daar worden gebruikt als brandstof, bijvoorbeeld door ze te verstoken. De gassen kunnen tevens dienen voor de opwekking van elektriciteit. ,,Ook chemische toepassingen als de produktie van methanol of kunstmest liggen in het verschiet”, zeggen Biezen en Hettema.
In de Spaanse heuvels tussen Barcelona en Madrid in de provincie Teruel wordt met behulp van een subsidie van 40 miljoen gulden van de EU veldonderzoek verricht naar commerciële ondergrondse kolenvergassing op een diepte van 700 meter. Mocht de ondergrondse kolenvergassing ooit in Nederland werkelijkheid worden (er zal dan op een diepte van 1000 meter moeten worden vergast), dan denkt Biezen dat de produktiegassen goed kunnen worden bijgemengd met aardgas. En ook als de aardgaswinning in zijn geheel mocht zijn weggevallen, dan heeft Nederland een belangrijke voorsprong op andere lidstaten. ,,De hele fijnmazige infrastructuur van pijpleidingen en verdeelstations ligt er immers al”, aldus Biezen.
Tijdens het vergassingsproces in de steenkoollaag wordt de holte waarin de steenkool met de zuurstof uit de lucht reageert, steeds groter. Met behulp van de afsluiter op deproduktieput en de compressor op de injectieput valt de druk waarbij de vergassing optimaal verloopt, in te stellen. En de temperatuur van het vergassingsproces laat zich in enige mate regelen met behulp van de zuurstoftoevoer. De promovendi menen evenwel dat het ondergrondse proces minder goed te regelen is dan de bovengrondse kolenvergassing zoals die bijvoorbeeld momenteel op praktijkschaal wordt getest in Buggenum (Limburg). ,,Dat is de prijs die we moeten betalen voor exploitatie van slecht winbare steenkoollagen.” Biezen en Hettema bezweren dat het gevaar voor ongecontroleerde ondergrondse steenkoolbranden niet reëel is. ,,Je kunt eenvoudig de zuurstoftoevoer stoppen.”
Injectie
Biezen ontwierp een model waarin in drie dimensies kan worden beschreven hoe druk en produktie van gassen verloopt bij verschillende injectiesnelheden en doorlaatbaarheid van de steenkoollagen, dit alles terwijl de holte waarin de vergassing verloopt steeds groter wordt. Het model is getoetst op concrete praktijkberekeningen in twee testgebieden in de Verenigde Staten, waar de schok van de oliecrises in de zeventiger jaren hard aankwam en een grote geldstroom voor kolen(vergassings)onderzoek losmaakte.
Hettema richtte zich speciaal op een niet onbelangrijk detail van het ondergrondse vergassingsproces. Hij onderzocht het fenomeen dat de holte op een gegeven zo groot wordt dat het ‘dak’ of de ‘vloer’ van de steenkoollaag wordt bereikt en andere gesteenten in het geding komen. ,,Thermische spanningen maken dat deze gesteenten gaan afsplinteren”, legt Hettema uit. Dat is een vrij spectaculair proces, zo heeft hij tijdens laboratoriumproeven ontdekt. ,,De gesteenten, of ze nu kleiig zijn of uit louter zandsteen bestaan, spatten in platte, dunne ‘chips’ uit elkaar.”
Hettema heeft voor het eerst experimenteel aangetoond dat dit ‘spetteren’ wordt veroorzaakt doordat het water in het gesteente door verhitting in stoom verandert, waardoor de steenkernen exploderen. Wie denkt dat dit fenomeen van storende invloed is op het vergassingsproces, heeft het mis. Naarmate er namelijk meer kool in gas is omgezet, zakt de holte verder in. ,,De steenschijfjes liggen als wiggen in de steeds verder inzakkende holte tussen kolenfront en injectieput, en zorgen er op deze wijze voor dat de luchttoevoer naar de steenkool blijft gegarandeerd, en dat de vergassingsreactie zo lang mogelijk blijft voortduren”, aldus Hettema.
De promovendi erkennen dat ondergrondse kolenvergassing in Europa kansloos is, zolang de olie en gasprijs laag blijven. Niettemin stopt de EU geld in het kolenvergassingsonderzoek. ,,Steenkool is veel democratischer over de aardkorst verdeeld dan bijvoorbeeld olie of gas. De voorraden ervan zijn groter, en dat kan dus mogelijk het gat opvullen tussen olie en gas enerzijds en zonne-energie en kernfusie op de lange termijn. En Tweede en Derde Wereld-landen kunnen nu al profiteren van hun eigen energiebronnen.”
Comments are closed.