Aardbevingen hypothekeren ondergrondse CO2-opslag

CO2 opvangen en ondergronds opslaan kan een stuk van het klimaatprobleem oplossen. Maar alleen als de technologie op wereldschaal wordt toegepast. Door de seismische activiteit van de aardkorst, komen echter maar bitter weinig sites in aanmerking als permanente ondergrondse opslagplaats. Bovendien kan een massale injectie van CO2 zélf aardbevingen veroorzaken.

In theorie is koolstofafvang en -opslag (in het jargon: carbon capture and storage, oftewel CCS) een geweldige oplossing om de globale uitstoot van CO2 gevoelig terug te dringen. Een populaire oplossing ook voor grote vervuilende industrieën zoals kolen- en oliecentrales. Op de schouwen van deze centrales wordt gewoon een filter geplaatst die al het CO2 opvangt, waarna het goedje in vloeibare vorm in vaten wordt afgevoerd – om uiteindelijk op een uitgekozen site enkele kilometers diep in de ondergrond te worden geïnjecteerd.

Cijfers tonen aan dat CCS, mits op wereldschaal toegepast, een aanzienlijke bijdrage kan leveren aan het terugdringen van de CO2-uitstoot. In 2010 overschreed de totale uitstoot van CO2 in de wereld voor het eerst de kaap van 10 miljard ton. Veruit het grootste deel van die uitstoot is afkomstig van elektriciteitscentrales die werken op steenkool. Voor grote vervuilers als de Verenigde Staten zijn kolencentrales goed voor 36 procent van de landelijke uitstoot, voor China is dit zelfs 80 procent. Als alleen deze fabrieken met CCS-technologie worden omgetoverd tot ‘wittekolencentrales’, dan daalt de CO2-uitstoot al aanzienlijk.

28 miljard vaten CO2

Experts hebben daarnaast berekend dat als CCS op globale schaal wordt toegepast om de doelstelling van het IPCC te halen (de opwarming van de aarde beperken tot twee graden Celsius tegen 2100), dan moet er elk jaar 3,5 miljard ton per jaar de grond in worden gepompt. Qua volume komt dat overeen met 28 miljard vaten – ter vergelijking: in de wereld worden elke 27 miljard vaten olie naar boven gepompt. Het zijn cijfers om bij te duizelen. Maar ze roepen vooral één vraag op: is er wel voldoende opslagcapaciteit om al dat CO2 veilig in onder te brengen – en ‘veilig’ betekent hier dat er in duizend jaar slechts één procent van het opgeslagen CO2 weer naar de oppervlakte mag lekken.

Volgens de voorstanders van CCS is dat helemaal geen vraag om bij stil te staan. De aardkorst is in volume miljoenen keren groter dan de benodigde capaciteit, en op een diepte van twee kilometer - want op die diepte zou het CO2 worden opgeslagen - liggen er genoeg gesteentelagen die in aanmerking komen voor opslag. Tal van industrielanden hebben al pilootprojecten lopen waarin de randvoorwaarden voor een veilige en permanente opslag van CO2 in de ondergrond worden onderzocht.

Maar de voorstanders zien een belangrijk feit over het hoofd: de aardkorst is geen statisch geheel, maar dynamische massa met breuklijnen waarin gesteentelagen en rotsformaties voortdurend onder druk komen te staan. Dat resulteert om de zoveel tijd in een vernietigende aardbeving, maar we vergeten dat er zich voortdurend kleine en middelgrote aardbevingen in de ondergrond voordoen waarvan we doorgaans niet veel merken. Amerikaanse geologen van de universiteit van Stanford schrijven deze week in een artikel in het blad Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dat deze alomtegenwoordige seismische activiteit een serieuze hypotheek legt op de selectie van ondergrondse opslagsites voor CO2.

Kustmatig opgewekte bevingen

Het zijn echter niet de natuurlijke aardbevingen die de geologen zorgen baren – want ze geven de voorstander van CCS gelijk dat er genoeg plaatsen op de wereld waar het risico op zelf een kleine, onopgemerkte beving nihil is. De onderzoekers tonen in hun artikel overtuigend aan dat door de massale injectie van CO2 in de ondergrond die met CCS gepaard gaat, een anders heel stabiele ondergrond snel zal veranderen in een geologische snelkookpan. Want doorgaans is er helemaal geen plaats ondergronds voor een extra volume gelijk aan miljoenen vaten – tenzij de mens er eerder al iets had uitgehaald, zoals bij opgebruikte olie- of gasvelden. Een verhoging van de druk op de gesteenten kan dan leiden tot een verschuiving van de breuklijnen en een aardbeving. In de VS ondervond men vorig jaar dat na de injectie van afvalwater in de ondergrond – wat daar op verschillende plaatsen gebeurt – er een aantal kleine, lokale aardbevingen plaatsvonden. Het zou volgens de auteurs van het artikel in PNAS dus onverantwoord zijn om CO2 te injecteren in een ondergrond die door dat extra volume in beweging kan komen.

Sleipner-boorplatform

Toch schrijven de kritische wetenschappers CCS niet helemaal af. Ze halen ook voorbeelden van geslaagde projecten, van sites waar ondergrondse CO2-opslag wél kan zonder het risico op een aardbeving die het gas weer doet ontsnappen. Onder het Sleipner-boorplatform, dat voor de kust van Noorwegen ligt, wordt bijvoorbeeld al 15 jaar CO2 in een afgesloten aquifer (een watervoerende laag) gepompt. Het gaat hier om het CO2 dat samen met aardgas uit een dieper gelegen gasveld naar boven wordt gepompt en daar onmiddellijk wordt afgescheiden. Elk jaar wordt hier één miljoen ton CO2 zo onttrokken aan de atmosfeer. De aquifer onder het Sleipner-platform is dan ook uitermate geschikt voor CO2-opslag. Ze bestaat uit poreus gesteente, beslaat een groot oppervlak (waardoor drukverschillen worden uitgemiddeld) en de aanwezigheid van water zorgt voor minder wrijving met naburige gesteenten.

Maar dit soort sites is eerder zeldzaam, en een snelle rekenoefening leert dat de voorstanders van CCS te minste 3.500 opslagplaatsen van deze soort nodig hebben om de CO2-uitstoot gevoelig terug te dringen. Om dat doel tegen 2050 te kunnen bereiken, moeten er jaarlijks 85 nieuwe opslagsites in gebruik worden genomen. Een onmogelijke opdracht.