Aardgas uit elektriciteit, water en CO2

Aardgas uit elektriciteit, water en CO2

Aardgas aanmaken uit niets meer dan elektriciteit, CO2 en water. Dat klinkt wel als een theoretisch ideetje van enkele opportunistische wetenschappers. Niet is minder waar; dit jaar is de eerste volwaardige productiesite geopend in Duitsland die 1000 ton synthetisch aardgas per jaar zou moeten leveren [1].

Door de globale opwarming van de aarde en de eindigheid van de natuurlijke oliereserves wordt er veel nagedacht over hoe een duurzaam energiesysteem er moet uitzien. De publieke opinie neigt naar een energiemarkt waarin hernieuwbare bronnen de energie leveren en elektriciteit de energiedrager is. Zullen we ooit allemaal rondrijden in elektrische auto’s en onze huizen elektrisch verwarmen met een warmtepomp? Voorlopig laat deze overgang nog wel even op zich wachten. De nieuwe technologieën staan nog niet volledig op punt (denk aan de elektrische auto’s), investeerders staan niet te springen en de lobbygroep voor fossiele brandstoffen oefent druk uit om alles te houden zoals het is.

De overstap van fossiel naar hernieuwbaar is eentje van lange adem, en de technologie van synthetisch aardgas kan een ideale tussenstap zijn.

Het proces gaat als volgt: met behulp van elektriciteit uit hernieuwbare bronnen wordt de elektrolyse van water uitgevoerd: het splitst op in zuurstof (O2) en waterstof (H2). Deze laatste wordt dan met koolstofdioxide (CO2) gecombineerd tot methaan (CH4) waarbij water als bijproduct ontstaat:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Deze reactie werd al in het begin van vorige eeuw ontdekt door de Franse chemicus Paul Sabatier. Door de omzettingsgraad van de reactie op ongeveer 90% te houden, wordt een mengsel gecreëerd van CH4, H2 en CO2. Dit gas lijkt chemisch sterk op natuurlijk aardgas, wat toelaat om het in het bestaand aardgasnetwerk te gebruiken. Het synthetisch aardgas kan dan net zoals conventioneel aardgas gebruikt worden om huizen te verwarmen of auto’s te laten rijden.  Het feit dat die bestaande infrastructuur kan gebruikt worden is een enorm voordeel. Dit is een pluspunt tegenover waterstof, waarvoor een nieuw distributienetwerk met een hoge investeringskost zou moeten worden aangelegd[2].

Een ander voordeel is dat deze technologie toelaat het elektrisch net te balanceren. Hernieuwbare energiebronnen als wind en zon leveren een fluctuerend vermogen. Dat vermogen is slecht voorspelbaar, en de elektriciteitsproductie kan dus moeilijk afgestemd worden op de vraag. Het net kan zo in onbalans geraken. Wanneer de productie de vraag overstijgt, kan dit overschot aan energie worden opgeslagen in de vorm van synthetisch aardgas.

Omgekeerd kan het aardgas dienen als brandstof in een STEG-centrale wanneer de vraag naar elektriciteit groter dreigt te worden dan de productie.

Aardgas kan in enorme hoeveelheden efficiënt worden opgeslagen, in tegenstelling tot elektriciteit. De LNG-terminal in Zeebrugge kan bijvoorbeeld 380.000 m3 opslaan, goed voor ca. 2000 GWh[3]. Heel wat meer dus dan de ca. 6 GWh die de waterbekkens in Coo kunnen opslaan[4].
Synthetisch aardgas

Een laatste voordeel is dat het hele proces CO2-neutraal is. De hoeveelheid CO2 die wordt uitgestoten bij de verbranding is identiek aan de hoeveelheid die nodig was om het aardgas te produceren.

Natuurlijk zijn er ook enkele nadelen verbonden aan deze technologie. Ten eerste is de efficiëntie vrij laag: het rendement bij de omzetting van elektriciteit naar gas bedraagt ongeveer 60%[5]. Het rendement van een STEG-centrale is ook ca. 60%, zodat een volledige cyclus (elektriciteit→ aardgas→ elektriciteit) een lage efficiëntie van 36% heeft. Ten tweede is het nog niet duidelijk van waar de enorme hoeveelheden CO2 zullen komen die nodig zijn in het proces. CO2 uit de lucht halen is mogelijk, maar wel duur. Een andere optie is het gebruik van CO2 uit industriële processen. CO2 kan uit de uitlaatgassen worden verwijderd met behulp van een scrubber, een techniek die ook wordt toegepast bij Carbon Capture and Storage. De aardgas-productiesite moet liefst vlakbij dit industrieel proces worden gevestigd om transport van CO2 te vermijden. Ten slotte rijst ook de vraag of dit allemaal wel economisch haalbaar is. De belangrijkste factor hierin is de volatiliteit van de elektriciteitsprijs.

Ondanks deze nadelen heeft de Volkswagen Group besloten te investeren in deze technologie. Dit jaar is een volwaardige productiesite geopend in Duitsland, na het succes met enkele testinstallaties. Tegelijkertijd lanceert Volkswagen Group dit jaar verschillende automodellen van Audi, SEAT en Volkswagen die rijden op aardgas. Benieuwd of de rest van de wereld ook overtuigd geraakt van de mogelijkheden van synthetisch aardgas…

Wouter Janssen


[1] “Audi e-gas – new fuel > Product > Corporate Responsibility > Audi …” 2013. http://www.audi.com/com/brand/en/company/corporate_responsibility/product/audi_e-gas___new_fuel.html

[4] “DE SPAARBEKKEN- CENTRALE COO – TROiS-PONTS – Electrabel.” 2013. <https://www.electrabel.be/assets/be/corporate/documents/12018_Coo_Folder_NL_LR.pdf>

[5] Sterner, Michael. Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems: Limiting global warming by transforming energy systems. kassel university press GmbH, 2010.

Skills

Posted on

28/08/2015

Submit a Comment

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *