Gevangen in basalt

Klimaat Het ondergronds opslaan van broeikasgas kan de opwarming van de aarde remmen. Op IJsland vangen ze CO2 in basaltlagen. „Groundbreaking”, vinden experts.

Plek op IJsland waar co2 in bodem is geïnjecteerd. Foto Martin Stute

Een proef op IJsland blaast nieuw leven in de technologie waarbij het broeikasgas CO2 in diepe ondergrondse gesteentelagen wordt opgeslagen. Deze zogeheten CCS-technologie (carbon capture and storage) kan in potentie een belangrijke rol spelen in de strijd tegen de opwarming van de aarde, maar blijkt na aanvankelijk enthousiasme amper van de grond te komen. Weerstand vanuit de samenleving, zoals in het Nederlandse Barendrecht in 2010, en te hoge kosten zijn de belangrijkste barrières.

Maar dan IJsland. Vrijdag beschreef een internationale groep onderzoekers in Science een experiment waarbij CO2 werd geïnjecteerd in basaltlagen tussen de 400 en 800 meter diep. Deze proef, CarbFix genaamd, wijkt in een belangrijk opzicht af van de standaard CCS-technologie. Basalt is een basisch gesteente dat van nature CO2 bindt en bij die reactie ontstaan verschillende soorten carbonaatmineralen. Met andere woorden, het CO2 verdwijnt, het mineraliseert. Terwijl bij de standaard CCS-technologie het broeikasgas meestal in zandsteenlagen wordt opgeslagen en daar als CO2 in de steenporiën aanwezig blijft. „En als je je werk niet goed hebt gedaan, bestaat de kans dat CO2, via lekkages, omhoog migreert en aan het oppervlak weer vrijkomt”, zegt chemisch technoloog Earl Goetheer van TNO. Deze kans, hoe klein ook, voedt de publieke weerstand tegen de technologie.

Maar dat gevaar is er in de proef op IJsland dus niet. Goetheer is er erg enthousiast over. „De koolstof is geologisch gevangen, en blijft voor eeuwig zitten.”

In hun proef tapten de onderzoekers een deel van de CO2 af die vrijkomt bij de nabijgelegen geothermische Hellisheidi-centrale. Die pompt warmte op van ondergrondse magma – IJsland is een vulkanisch actief eiland dat op de grens ligt van twee uit elkaar drijvende aardplaten – en levert elektriciteit en warmte aan huishoudens. Daarbij komen ook gassen mee omhoog, CO2 en waterstofsulfide (H2S) zijn veruit de belangrijkste. Bij het experiment bleek dat 95 procent van het in de ondergrond geïnjecteerde CO2 binnen twee jaar was verdwenen. „De meest plausibele verklaring is dat het als calciumcarbonaat is opgeslagen, hoewel ze niet veel details geven over wat daar beneden gebeurt”, zegt marien bioloog Francesc Montserrat van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee. Toch noemt hij het IJslandse experiment „groundbreaking”.

Montserrat experimenteert zelf in Yerseke met een andere technologie om CO2 vast te leggen. Daarbij gebruikt hij geen basalt, maar een belangrijk bestanddeel ervan, olivijn. Ook olivijn verweert van nature, waarbij het CO2 bindt. Maar dit proces gaat traag. Door olivijn te vergruizen, en daarmee het reactieoppervlak te vergroten, gaat het duizenden tot miljoenen malen sneller. Het idee is om vergruisd olivijn uit te strooien op stranden en in kustwateren, onder meer om verzuring van het zeewater tegen te gaan. In met zeebodem gevulde bakken strooit Montserrat een 2 tot 3 centimeter dikke laag vergruisd olivijn uit, en meet wat er gebeurt. De eerste publicaties verschijnen binnenkort, zegt hij.

Goetheer van TNO is om nog een andere reden enthousiast over het IJslandse experiment. Nu wordt de CCS-technologie meestal ingezet bij grote CO2-bronnen, zoals olieputten en kolen- of gascentrales. Bij het productieproces komen meerdere gassen vrij, en wordt CO2 eerst van de rest gescheiden om het daarna in pure vorm naar beneden te pompen. Deze gasscheiding is een bewerkelijke stap die veel energie vraagt, en het duurste onderdeel van de technologie. Ook dit ging op IJsland anders. In de eerste fase pompten de onderzoekers weliswaar alleen pure CO2 in de basaltlagen, maar daarna combineerden ze het met H2S. Ze sloegen de gasscheiding over. Ook dat ging goed. „Daarmee besparen ze aanzienlijk op de kosten”, zegt Goetheer.

Eerste auteur van het Science-artikel Jürg Matter van de universiteit van Southampton laat via e-mail weten dat ze nu op 17 dollar per ton CO2 uitkomen. Normaal ligt de kostprijs tussen de 40 en 50 dollar. Goetheer beaamt dat. Maar ook die 17 dollar is nog steeds boven de huidige marktprijs van 7 dollar die grote bedrijven betalen in het Europese systeem van emissiehandel. De belasting op het uitstoten van koolstof zal omhoog moeten, zeggen zowel Goetheer als Montserrat.

Matter schrijft in zijn e-mail dat de technologie op IJsland inmiddels is opgeschaald. Samen met het publieke nutsbedrijf Reykjavik Energy wordt vanaf de Hellisheidi-centrale inmiddels 9.900 ton CO2 per jaar naar beneden gepompt, en 7.300 ton H2S. Dat is respectievelijk 25 en 60 procent van wat de centrale jaarlijks uitstoot, en honderden keren meer dan in de proef werd geïnjecteerd. De gassen worden inmiddels dieper geïnjecteerd, schrijft Matter. In basaltlagen tussen 800 en 2.000 meter diep. Die hebben een reusachtige opslagcapaciteit, vele malen meer dan de in de proef gebruikte lagen.

Spanje en Duitsland

Volgens Matter zijn er wereldwijd in theorie genoeg basaltlagen om alle menselijke CO2-uitstoot in op te slaan. Amerikaanse wetenschappers hebben eerder het principe beschreven om CO2 in basaltlagen bij mid-oceanische ruggen op te slaan (PNAS, 22 juli, 2008). Bij voorkeur worden geologisch jonge, nog poreuze basaltlagen gebruikt.

Voor sommige landen, zegt Goetheer, biedt dit experiment inderdaad vooruitzichten. Spanje en Duitsland bijvoorbeeld. „Die hebben basaltlagen, onder meer op de Canarische Eilanden en in Beieren.” Maar wat als een land die niet heeft? Moet het zijn CO2 vanaf een elektriciteitscentrale dan naar IJsland, of naar een mid-oceanische rug transporteren? Hoe dan? Via schepen? Pijpleidingen? „Dat maakt het weer stukken duurder”, zegt hij. En als CO2 gecombineerd wordt met H2S zal sowieso niemand transport via pijpleidingen overwegen. Daarvoor is H2S veel te corrosief. Iedereen zal lokaal zijn eigen oplossingen moeten verzinnen, zegt Goetheer. Toch noemt hij het experiment op IJsland „erg spannend”. En iets dat navolging verdient.

    • Marcel aan de Brugh