Hoe werkt CO₂-afvang en –opslag?

De eerste stap in de keten is het afvangen van CO_2. Bij sommige industriële processen, zoals productie van waterstof of ammonia, komt CO₂ vrij in zuivere vorm. Bij kolen- en gascentrales komt CO₂ terecht in de rookgassen en is de CO₂ nog niet zuiver genoeg om te kunnen worden getransporteerd en opgeslagen. Deze CO₂ moet dus eerst uit de rookgassen worden gehaald.

Het is vooral nuttig (efficiënt) om CO₂ af te vangen op plaatsen waar grote emissies plaatsvinden, zoals elektriciteitscentrales, olieraffinaderijen en grote industriële complexen.

Bij de derde stap, CO₂-opslag, wordt de CO₂ met een compressor onder druk gebracht. Daarna wordt het via een boorgat, meestal op grote diepte (1500- 2500 meter), in de bodem geïnjecteerd.

Opslag van CO₂ kan in verschillende soorten ondergrond. Ze staan in de volgorde van meest tot minst veelbelovend in Nederland. De getallen komen uit het CATO-boekje Catching carbon to clear the skies (2009).

1. Lege gasvelden. In de poriën van het gesteente van deze gasvelden werd aardgas vastgehouden voordat dit eruit werd gepompt. In lege aardgasreservoirs heerst een relatieve onderdruk. Net zo min als eerder het aardgas, kan de CO₂ vanzelf uit het gasveld ontsnappen. Er zit een dikke laag massief gesteente (caprock) boven dat het gasveld afdicht. Naar schatting bieden lege Nederlandse gasvelden opslagmogelijkheden voor 10 miljard ton CO₂, maar 75 % daarvan (Slochteren) komt op zijn vroegst in 2050 beschikbaar voor CO₂-opslag. Als we dat gasveld buiten beschouwing laten, is er op de middellange termijn ruimte voor 3 miljard ton CO₂, waarvan 40 % onder de zeebodem ligt.
2. Zoutwater aquifers (watervoerende lagen). In dit geval lost de CO₂ uiteindelijk op in het aanwezige water. Capaciteit: 90-1100 miljoen ton CO₂.
3. Ondergrondse kolenlagen. Deze bevatten van nature ook aardgas. Door de injectie van CO₂ kan dit aardgas gewonnen worden, terwijl de CO₂ achterblijft in de kolen. Een praktisch probleem is de lage doorlaatbaarheid van de kolenlagen, die het moeilijk maakt om CO₂ te injecteren. Capaciteitsschattingen lopen uiteen van 40-600 miljoen ton CO₂.
4. Lege olievelden. De opslagcapaciteit is beperkt: 54 miljoen ton. Bij een iets andere, nu al veel gebruikte, toepassing wordt CO₂ gebruikt voor het winnen van de laatste restanten olie uit bijna lege olievelden De CO₂ perst de olie eruit en blijft zelf grotendeels achter in het olieveld. Deze techniek heet enhanced oil recovery (EOR).

Uiteraard wordt de CO₂ niet zomaar ergens in de ondergrond gestopt. Van tevoren onderzoeken geologen heel precies hoe een potentiële opslaglocatie in elkaar zit. Zij ontwikkelen ook modellen om te voorspellen hoe de CO₂ zich in die ondergrond zal gedragen. Dit vormt een onderdeel van CATO's onderzoeksprogramma.  

En zodra de CO₂ in de diepe ondergrond is geïnjecteerd, moet goed in de gaten worden gehouden dat het daar veilig blijft opgeslagen. Hiervoor worden verschillende monitoringtechnieken gebruikt:

• - het meten van de druk van de opslaglocatie
• - seismische sensoren die trillingen in de grond waarnemen
• - sensoren die veranderingen detecteren in de CO₂-gehaltes aan de oppervlakte.

Mocht er een lek ontstaan, dan kunnen door deze grondige monitoring onmiddellijk maatregelen worden getroffen om het lek te stoppen. Het is echter zeer onwaarschijnlijk dat lekkage zal ontstaan in een grondig geselecteerde en gecontroleerde opslaglocatie. Wetenschappelijke studies tonen aan dat na duizenden jaren 99 procent van de CO₂ hoogstwaarschijnlijk veilig onder de grond zal blijven. De opgeslagen CO₂ reageert met mineralen in de ondergrond (en ligt dan vast in het reactieproduct kalksteen, een massief gesteente). Daardoor neemt de veiligheid toe naarmate de CO₂ langer is opgeslagen. Hoe lang hiervoor nodig is, hangt af van de mineralensamenstelling.