geothermal-energy-systemAardwarmte komt direct uit de aarde en kan worden gebruikt als warmtebron. Aardwarmte wordt voorgesteld als een veelbelovende bron van schone energie. Maar is dat wel zo?

Als we kijken naar gebieden in de wereld waar aardwarmte dicht bij de oppervlakte te winnen is, zoals aan de randen van tectonische platen waar het hete gesmolten gesteente zoals lava dicht onder het aardoppervlak te vinden is, kan men heel veilig grote hoeveelheden aardwarmte winnen. Denk aan IJsland, Indonesië enz.. Zelfs op de Canarische eilanden is een restaurant waar de gerechten worden klaargemaakt in een keuken die direct gebruik maakt van aardwarmte in de vorm van hete gassen. Dat is gratis energie, die direct en vrij makkelijk is te gebruiken en vanuit menselijk oogpunt gezien nooit opraakt.

Ook in Nederland wordt nu aardwarmte als oplossing naar voren geschoven voor onze toekomstige energievoorziening, maar dat is een heel stuk ingewikkelder omdat hier de warmte alleen gewonnen kan worden uit diepere lagen. Deze warme lagen zitten in de Nederlandse bodem diep onder de grond. Gemiddeld neemt de temperatuur onder onze bodem toe met 30 graden Celsius per 1000 meter. Wil men dan ook een redelijke hoeveelheid warmte naar boven halen dan moet men tot 4000 meter diep boren.

Miljoenen subsidie gaan er naartoe. De vraag is dan ook hoe werkt dat? En de tweede vraag is hoe veilig is deze manier van warmte winnen?

Hoe werkt het winnen van aardwarmte?

Milieudefensie geeft het volgende aan.

“Aardwarmte wordt vooral gewonnen met een methode die Hot Dry Rock heet (‘hete-rots- warmtewinning’) of HDR. Een verrassend simpel idee. In een natuurlijk verhit gesteente worden twee of meer gaten geboord van een aantal kilometers diep, en in elk daarvan wordt een buis aangebracht. De buizen vormen bovengronds een gesloten systeem, ondergronds leiden ze naar een hete plek op diepte met spleten in de rots. Die plek kan met waterdruk worden vergroot om te fungeren als een soort waterreservoir, dat de buizen met elkaar verbindt. Vervolgens wordt in de ene buis water gepompt, dat in het reservoir wordt verhit en langs de andere buis weer omhoog komt als stoom van meer dan 150 graden Celsius. De hitte wordt afgetapt naar een tweede circuit en het afgekoelde water gaat weer de eerste buis in. Zo’n put kan gedurende dertig tot vijftig jaar warmte leveren.

In het verleden bleek deze techniek helaas vaak niet probleemloos. De spleten in de rotsmassa die het reservoir vormen, zijn afhankelijk van de bodem, en moeten genoeg kunnen uitzetten om er voldoende water doorheen te kunnen pompen. Soms lukte dat niet. Of de productie kon niet concurreren met die van andere elektriciteits- en warmtecentrales. Verschillende projecten in de VS, Groot-Brittannië en Japan werden afgeblazen.

Ironisch genoeg is het de olie-industrie, die de afgelopen jaren nieuwe technieken ontwikkeld heeft waar de aardwarmtewinning van kan profiteren: geavanceerde manieren van boren, het hydraulisch vergruizelen van rotsen en het zoeken naar warmtereservoirs.”

Bron hier.

De NAM die ook naar deze techniek heeft gekeken, schrijft het volgende:

“NAM krijgt regelmatig vragen over het hergebruik van bestaande olie- of gasputten voor het winnen van aardwarmte. NAM is altijd bereid tot overleg over hergebruik van deze putten.

Bij een diep aardwarmteproject wordt vaak tussen de 150 en 200 m³ zout water per uur rondgepompt. Dit komt overeen met het per dag oppompen van 3.600 tot 4.800 m³ in de ene put, en het terugbrengen van deze hoeveelheid in de diepe ondergrond via de andere put. Om de putten en leidingen te beschermen tegen corrosie (roestvorming) en neerslag van bijvoorbeeld zouten, worden chemicaliën (mijnbouwhulpstoffen) toegevoegd.

Hoe dieper we in de ondergrond komen, hoe warmer het wordt. Met elke 100 meter dieper stijgt de temperatuur in Nederland gemiddeld 3°C. De warmte die diep in de ondergrond is opgeslagen, noemen we aardwarmte of geothermie.

Aardwarmte is op grote diepte opgeslagen in het gesteente en de vloeistoffen in de betreffende aardlaag. Water in de ondergrond bereikt op ongeveer 3 kilometer diepte een temperatuur van circa 100°C. Exploitanten van aardwarmte houden zich bezig met de winning ervan. In Nederland wordt het warme water vooral direct gebruikt voor de verwarming van kassen en woningen.

Exploitanten richten zich steeds meer op de winning van aardwarmte op een diepte van 2 tot 4 kilometer. Op deze diepte worden ook gas en olie gewonnen.”

Bron hier.

Er wordt gebruik gemaakt van minimaal 2 of meer boorputten tot 4000 meter diepte waarmee warmtehoudende lagen worden aangeboord en waar ondergronds het gesteente als warmtewisselaar wordt gebruikt. In de praktijk zal al dat gesteente vaak niet voldoende poreus zijn om een grote hoeveelheid water door te kunnen pompen om warmte op te nemen. Dan wordt water onder hoge druk gebruikt met toegevoegde mijnbouwhulpstoffen om de de ruimte in het gesteente te vergroten.

Dat, beste mensen, heet nog steeds fracken: een techniek die al veel langer wordt toegepast in de olie- en gasindustrie om putten bruikbaar te maken voor olie en gaswinning.

Als de put klaar is maakt men een gesloten systeem, waarmee het water door de bodem op 2 tot 4000 meter onder hoge druk wordt rondgepompt en middels een warmtewisselaar de warmte naar de gebruikers gebracht kan worden. De vraag is alleen of men wel toe kan met een gesloten systeem.

In de praktijk pompt men water rond, waaraan mijnbouwhulpstoffen zijn toegevoegd met pijpen door alle lagen van de bodem heen. Om de putten en leidingen te beschermen tegen corrosie (roestvorming) en neerslag van bijvoorbeeld zouten, worden chemicaliën (mijnbouwhulpstoffen) toegevoegd. Om aardwarmte te winnen moet men eerst minimaal 2 x heel diep boren en de bodem op 2000 tot 4000 meter doorlatend maken middels fracken. Slipt de put wat dicht dan zal men opnieuw moeten fracken.

Daarna gaat men zout water onder hoge druk rondpompen – water waaraan ook mijnbouwhulpstoffen zijn toegevoegd om de leidingen heel te houden en te voorkomen dat de spleten in de laag waaruit de warmte wordt opgehaald dicht zal slibben. Wat vaak vergeten wordt om erbij te vertellen is het feit dat je lagen aanboort waarin ook olie en of gas in meer of mindere ate kunnen voorkomen. Die komen ook mee met het warme water. De koolwaterstoffen die hier naar boven komen worden “ bijvangst” genoemd. Weer zo’n woord dat veilig klinkt, maar in werkelijkheid betekent dat er olie en gas mee naar boven komt, die uit het water moeten worden gehaald. Hoezo een gesloten kringloop bovengronds? De NAM geeft daarover het volgende aan.

“Bijvangst”: notitie en norm

Aardwarmte en koolwaterstoffen worden in Nederland soms op dezelfde plek gewonnen. Hierdoor kunnen bij de winning van aardwarmte koolwaterstoffen meekomen. Dit noemen we bijvangst. In de mijnbouwwetgeving is (nog) niet geregeld hoe aardwarmte-exploitanten hiermee om moeten gaan. De brancheorganisaties hebben daarom afspraken vastgelegd in de notitie Bijvangst.

Nederlandse exploitanten van aardwarmte en koolwaterstoffen hebben een notitie opgesteld voor het omgaan met bijvangst van olie en gas. De brancheorganisaties Stichting Platform Geothermie en NOGEPA namen hierbij het voortouw namens de betrokken exploitanten.

Overleg

De leden van de verschillende brancheorganisaties hebben in overleg met het ministerie van Economische Zaken ingestemd met de gemaakte afspraken over bijvangst. Ze overleggen daarnaast regelmatig over specifieke gevallen en het vervolg van de gemaakte afspraken. Het ministerie van Economische Zaken en/of Staatstoezicht op de Mijnen (SodM) schuiven bij dit overleg aan als dat nodig is.

Veiligheid

Het meekomen van olie en gas bij het winnen van aardwarmte heeft gevolgen voor de veiligheid. Om een veilige boring te waarborgen, heeft toezichthouder SodM eisen opgesteld voor boringen naar aardwarmte. Dit zijn niet per se dezelfde eisen als bij het boren naar koolwaterstoffen. In de notitie Bijvangst worden onder andere diverse scenario’s beschreven voor een boring om aardwarmte op te sporen.

Toelichting norm vrije bijvangst

De norm voor vrije bijvangst wordt per productieput vastgesteld op een gemiddelde jaarbasis. Deze norm is 3,6 Nm3 gasvormige koolwaterstoffen per m3 water en/of 5,0 m3 olie per dag.

De norm voor vrije bijvangst van aardgas is vastgesteld op basis van de maximale oplosbaarheid van methaan in zout water bij een gemiddelde temperatuurgradiënt van 30C/100 meter.”

Bron hier.

De vraag rijst of aardwarmtewinning nu veilig kan worden genoemd. Voor aardwarmtewinning is het boren van meerdere putten naar diepere warmtehoudende lagen nodig. Ook kan het dan nodig zijn om die lagen te fracken om ze voldoende doorlatend te maken. Vervolgens wordt water waaraan mijnbouw hulpstoffen zijn toegevoegd rondgepompt onder hoge druk om zo de warmte uit 4000 meter diepte naar boven te brengen. Het betreft relatief weinig warmte de energiedichtheid is niet groot je kunt er een kassencomplex mee verwarmen of een (deel van een) stadswijk. Vervolgens komt er met het water vaak een hoeveelheid olie en of gas mee die uit het water moet worden gehaald en worden afgevoerd.

Dan rijst toch de vraag wat nu het verschil is tussen het winnen van aardwarmte en de winning van aardgas (schaliegas) uit deze lagen.

Dit schrijft milieudefensie over schaliegas:

“Schaliegas is de toekomst als de voorraad conventioneel gas bij Slochteren op is, zeggen de gasbedrijven en de overheid. Maar daarbij lijken zij de schadelijke gevolgen van het ‘fracken’ buiten beschouwing te laten. Het gas moet met ingewikkelde technieken en chemische stoffen uit steenlagen worden geperst met grote risico’s op aardbevingen en drinkwatervervuiling. De Tweede Kamer wil vanwege ongelukken in de VS eerst meer onderzoek, maar intussen gaan de aanvragen voor boorvergunningen gewoon door en ligt grootschalige winning op korte termijn op de loer. Wat roept Nederland over zich af als we daar aan beginnen?”

In de praktijk zie ik nauwelijks verschil tussen de risico’s als gevolg van het boren en fracken bij schaliegaswinning en de risico’s van aardwarmtewinning waarbij lagen worden aangeboord op dezelfde diepte. Daarna is vaak onder hoge druk fracken nodig om de laag ook bij aardwarmte winning waterdoorlatend te maken en te houden. Bij de gaswinning stroomt het vrijgemaakte gas naar boven terwijl bij warmte winning zolang de put gebruikt wordt water met mijnbouwhulpstoffen wordt rondgepompt onder hoge druk. Ik denk niet dat het verschil qua veiligheid van beide technieken zo groot is.

Wat wel groot is is het verschil qua wetgeving. Wat aardgaswinning betreft is de mijnbouwwet van toepassing met heel veel eisen ten aanzien van de veiligheid. Ook het aantal te boren putten is voor de gaswinning in vergelijking met aardwarmte relatief gering.

Kijken we naar aardwarmte dan is de veiligheid veel minder gewaarborgd. Het meekomen van olie en gas bij het winnen van aardwarmte heeft gevolgen voor de veiligheid. Om een veilige boring te waarborgen, heeft toezichthouder SodM eisen opgesteld voor boringen naar aardwarmte. Dit zijn niet per se dezelfde eisen als bij het boren naar koolwaterstoffen. Als we dan zien dat voor het leveren van aardwarmte voor de kassen van een tuinder al minimaal 2 boringen nodig zijn met ongeveer hetzelfde risico als bij het boren naar schaliegas, waar een boring genoeg kan zijn en de energie-intensiteit vele malen groter is, vraag je je af waar we mee bezig zijn.

Een stad die roept dat ze energieneutraal moeten worden, kijkt ook meestal direct in de richting van aardwarmte. Het is dan ook wachten op grootschalige milieuproblemen als milieudefensie gelijk heeft wat de risico’s van schaliegas betreft. De risico’s van de winning van aardwarmte zijn per put niet veel groter, maar je moet veel meer putten boren om een beetje energie te winnen en je blijft zout water met mijnbouwhulpmiddelen rondpompen – zout water dat inclusief de aardolie- en gasresten naar boven komt. Toch gelden daar andere regels voor. En omdat je veel meer putten moet boren om voldoende aardwarmte op te pompen, is de kans dat het mis gaat groter.