Cola-achtige vloeistof in lege gasvelden tast gesteente nauwelijks aan

Poriën gevuld met water

Het is nu juist dit zowel poreuze als permeabele gesteente waarin olie en gas kunnen voorkomen. Lege olie- en gasvelden zijn na de winning van de fossiele brandstoffen echter niet absoluut leeg. “De poriën in het gesteente van uitgeproduceerde velden zijn nog steeds gevuld met water en een heel klein beetje gas en olie”, vertelt Hangx, die eerder promoveerde op onderzoek naar de mechanische stabiliteit van lege olie- en gasvelden nadat er CO₂ is geïnjecteerd.

Wat gebeurt er nu met dit gesteente na injectie met kooldioxide, het broeikasgas dat we liever niet in de atmosfeer willen hebben omdat hoge concentraties tot opwarming van de aarde leiden? Je denkt misschien dat CO₂ ondergronds gewoon in gasvorm verblijft, maar dat is niet geval. “Eigenlijk bevindt de kooldioxide zich in een superkritische staat: het is noch gas noch vloeistof, maar heeft de eigenschappen van een gas en de dichtheid van een vloeistof”, aldus Hangx.

Omdat de poriën in het gesteente met water zijn gevuld, lost het geïnjecteerde kooldioxide op in dit water. De vloeistof wordt een soort Cola, zuur en hierdoor ook chemisch agressief. “Hierdoor kan het reacties aangaan met de mineralen die zich in het reservoir bevinden”, legt Hangx uit. “Je kunt het ook vergelijken met azijn waarmee je een waterkoker schoonmaakt en de kalkaanslag oplost.”

Kwartskorrels

Toch is het niet zo dat het gesteente in sterke mate oplost door de inwerking van deze waterige oplossing. “Van een aantal mineralen weten we dat ze niet reactief zijn, zoals kwarts. Omdat zandsteen voor een groot deel uit kwartskorrels bestaat, is de mate waarin het gesteente oplost klein. In veel kleinere mate komen andere mineralen zoals veldspaten, voor. Deze kunnen omgezet worden in kleideeltjes, al is dit een heel traag proces. Voor de meeste zandsteenvelden valt de chemische reactiviteit daarom wel mee,” aldus de geologe.

In een laboratorium bootste Hangx de chemische reacties van zandsteen met een zurige oplossing na. Hiertoe plaatste ze een cilinder van steen in een apparaat dat de condities in een gasveld – qua druk en temperatuur – voor een korte en lange periode nabootste. In een lab zijn de snelle reacties makkelijker na te bootsen dan de trage reacties. Daarom keek Hangx voor de trage reacties ook naar gesteente uit gasvelden dat langdurig en van nature aan hoge CO₂-concentraties was blootgesteld.

De natuur als laboratorium

“De natuur heeft als het ware de trage reactie al voor mij gedaan”, vertelt Hangx. “Voor mijn onderzoek heb ik gesteente uit Nederlandse gasvelden met en zonder natuurlijke CO₂ vergeleken. De verschillen daartussen bleken minimaal te zijn, zelfs na duizenden jaren van blootstelling aan dit gas.” Op dit moment is ze samen met haar mede-onderzoekers bezig om de bevindingen uit deze experimenten te publiceren.

Nederlandse olie- en gasreservoirs zijn met name van zandsteen; in het buitenland, zoals in het olierijke Midden-Oosten, worden fossiele brandstoffen meestal gewonnen uit reservoirs bestaande uit carbonaatgesteenten (kalksteen). “Beide typen reservoirs zijn vergelijkbaar in stabiliteit na langdurige invloed van kooldioxide”, aldus Hangx. “Ook bij carbonaten gaat een klein deel van het gesteente in oplossing, maar heeft de stabiliteit er niet significant onder te lijden.”

Goede kandidaat

Om te bepalen of een veld een goede kandidaat is voor CO₂-opslag kijken geologen daarom niet alleen naar de reactiviteit in chemische zin, al blijkt de reactiviteit voor de meeste velden dus wel mee te vallen. Hun aandacht is ook gericht op de kwaliteit van de afdichtlaag en de kans dat er lekkages plaatsvinden, bijvoorbeeld langs boorputten en breuken.

Hangx: “De kans op lekkage is een belangrijke maatschappelijke – en dus ook politieke – bron van aandacht en daarom besteden we daar in onderzoek veel aandacht aan”. Momenteel doet ze onderzoek naar de compactie van zandsteen en de gevolgen voor bodemdaling in relatie tot gas- en oliewinning.