28 Energie+ nr3 juni 2006Onze aarde is veel rijker aanfossiele brandstoffen danvelen denken. Reservoirsvan methaanhydratenvormen een enorme fossieleenergiebron die de aardolie-en aardgasreservesruimschoots overtreffen.Wordt methaanhydraatonze nieuwe energiebron ofluidt winning van methaanuit methaanhydraten deondergang in van onzeplaneet?Gashydraten noemt men ze en reeds in 1810 werden ze ontdekt. Kristalstructurenzijn het, die nog het meest op ijs lijken en waarin gasmoleculen opgesloten zijn als kooldi-oxide of methaan. Als je een vlam houdt bij een stuk methaanhydraat (ijs met methaanmo-leculen dus) begint het ijs te branden en blijft er alleen water en kooldioxide over. Gashydra-ten worden gevormd bij lage temperaturen en hoge drukken, zoals die voorkomen in dezeebodem en onder permafrostgebieden. De methaanmoleculen werden ooit gevormd doorbacteri?n uit organisch materiaal van miljoenen jaren oud, diep in de bodem onder invloedvan bepaalde druk- en temperatuurcondities. Na het opstijgen zijn ze onder de specifiekeomstandigheden overgegaan in methaanhydraten.10.000 GigatonLanden als Japan en India, maar ook de wetenschap krijgen steeds meer belangstelling vooronderzoek en winning van het methaan uit de methaanhydratenformaties. Men treft dezeformaties vrijwel overal op aarde aan. Op land doorgaans in polaire streken; op zee het meestop de hellingen van de continentale platten. Waar de exploitabele formaties zich exact op dewereld bevinden en hoe dik de laag is van de formatie is nog onvoldoende in kaart gebracht.Wetenschappers schatten de hoeveelheid koolstof in de vorm van methaanhydraten op10.000 Gigaton, tweemaal de voorraad conventionele fossiele brandstoffen. E?n kubiekemeter methaanhydraat kan circa 160 kubieke meter methaan bevatten.OnafhankelijkJapan en India beschikken zelf nauwelijks over energiebronnen en willen onafhankelijkworden van de energievoorziening uit andere landen. Vooral zij hebben interesse voor dewinning van methaan uit de reservoirs. Zij proberen eerst de omvang van de hydraatreser-voirs vast te stellen, en vervolgens de hydraten in de zeebodem te exploiteren als energie-bron. Japan deed de vorige eeuw een proefboring op zee en heeft een actief onderzoekpro-gramma op dit gebied. Ook de winning van gas uit continentale hydraatlagen, in permafrost-gebieden, is niet echt iets nieuws. In het Russische Messoyakha-veld gebeurt dit al zo'nMethaan uit hydraten:aantrekkelijk riskantdoor Broer de Boer Foto Peter de KoningGashydraten worden gevormdbij lage temperaturen en hogedrukken, bijvoorbeeld onderpermafrostgebieden.nr3 juni 2006 Energie+ 29veertig jaar. Door winning van het vrije gas onder de afsluitendemethaanhydraatformaties vermindert de druk, waardoor methaanuit het gashydraatveld vrijkomt en op natuurlijke wijze het traditio-nele reservoir eronder vult.OnderzoekOok de Verenigde Staten en Canada tonen interesse voor de exploi-tatie van methaanhydraten en trekken veel geld uit voor onderzoek.Dat gebeurt bijvoorbeeld binnen het Integrated Ocean Drilling Pro-gram dat onderzoek naar gashydraten hoog in het vaandel heeftstaan. E?n van de hoogste concentraties van de tot nu toe gevondenlocaties bevindt zich in de Canadese Mackenzie Delta in theNorthwest Territories. Dit noemt men het Malik-veld. Daar speeltzich thans ??n van 's werelds belangrijkste onderzoekprogramma'sop het gebied van gashydraten af. Hier is een internationaal consor-tium van onderzoekers uit Canada, Japan, Duitsland en India be-trokken. Maar ook de afdeling Paleoecologie en Paleoklimatologiebinnen de Faculteit Aardwetenschappen van de Vrije Universiteit inAmsterdam, met zo'n veertig medewerkers, doet onderzoek naargashydraten.Instabiliteit`Feitelijk gaat het bij hydraatformaties om een zeer instabiele mas-sa, die bij temperatuur- of drukverandering kan dissoci?ren of `ont-dooien' waarbij het weer overgaat in gasvormige toestand,' zegt DickKroon, hoogleraar aan deze faculteit. `De hydratenformaties komenvoor in de bovenste honderden meters van het sedimentpakket opde helling van de continentale platten. De bodemwarmtegradi?ntbepaalt samen met de druk de ondergrens van een hydraatformatie.Met behulp van seismische methoden kunnen we exact bepalenwaar de reservoirs zich bevinden en aan de hand van een gecompli-ceerde druk/temperatuur/dieptegrafiek kunnen we nauwkeurigvoorspellen waar de hydraten in een stabiele fase verkeren. Dooreen laag aan te boren, te verwarmen met heet water of de druk teverlagen kun je het gas vrijmaken, maar tegelijkertijd vergroot jeook het risico van een gasrelease.'RiskantKroon: `Gaswinning uit methaanhydraten is een riskante onderne-ming en er moeten gecompliceerde methoden ontwikkeld wordenwaarbij de risico's op ontsnapping van methaan nihil zijn. Als zo'nlekkage plaatsvindt, kunnen we dat meten aan de hand van de ver-andering in de isotopenverhoudingen van koolstof in de verschil-lende koolstofreservoirs, zoals in de biomassa in zee en in de atmos-feer. Het grootste gevaar voor lekkages vormen misschien nog welde zeebevingen, waardoor grote afschuivingen kunnen plaatsvin-den. Drukveranderingen in het sediment kunnen ervoor zorgen datmethaan vrijkomt uit de hydraten, terwijl het gas onder de forma-ties via nieuwgevormde breuken zich een weg baant naar boven,waardoor de druk nog verder vermindert, wat een grotere methaan-release tot gevolgd kan hebben. Dit kan niet zonder gevolgen blij-ven, want methaan is een dertien maal zo sterk broeikasgas als CO2en heeft uiteindelijk een verzurende werking op het zeewater.'ZorgenMaakt professor Kroon zich zorgen over de methaanhydraten?Kroon: `We werken op de faculteit aan klimaatmodellen die de ont-wikkelingen voorspellen bij toename van CO2 en methaan in de at-mosfeer en de gevolgen van methaanreleases. Global warming be-invloedt de gebieden met veel gashydraten het meest: de perma-frostgebieden en de gebieden op de continentale hellingen. Devoortdurende opwarming van de aarde door broeikasgassen kan lei-den tot het ontdooien van de permafrostgebieden. Dan laten de ge-volgen zich gemakkelijk raden. Er ontstaat een grote methaanre-lease. Methaan heeft een boosterfactor bij de opwarming van deaarde: de zee?n warmen op en het methaan verlaat de formaties opde hellingen van de continentale platten. Een gigantische methaan-release is het gevolg. Deze situatie heeft zich zo'n 55 miljoen jaargeleden ook voorgedaan. Toen kwam er minstens 1.500 Gigatonvrij. Wij concluderen dat op basis van afzettingen en met koolstof-kringloop en de vergelijking van de koolstofisotopenverhoudingen.In boringen die wij op zee verrichtten voor de kust van Afrika, ineen 55 miljoen jaar oude sedimentlaag, troffen we een kleilaag aan.Daarin waren als gevolg van een verzuurde oceaan alle carbonatenverdwenen. De carbonaten verschenen pas weer na zo'n 120.000jaar in de afzettingslagen. We moeten dus stoppen met het uitstotenvan CO2 en het goed opslaan, net als het methaan na winning. Alswe methaan gaan winnen uit de hydraatformaties moeten we over-tuigd zijn dat het veilig gebeurt, zonder risico's op methaanreleases.We kunnen niet zuinig genoeg zijn op onze aarde!' ?