Aardgas

Aardgas is een benaming voor alle uit de grond ontwijkende gassen, maar bijna uitsluitend gebruikt voor fossiele brandstoffen. Brandbaar aardgas is een mengsel van lichte koolwaterstoffen (vooral methaan) en kleinere hoeveelheden stikstof, zuurstof en kooldioxide. Het ontstaat bij hetzelfde proces dat tot de vorming van aardolie leidt en vertegenwoordigt de lichtere fractie organische producten van dat proces. Aardgas wordt vaak samen met aardolie gevonden, hoewel soms het gas kans ziet in andere aardlagen door te dringen dan de veel zwaardere olie en er zo een scheiding kan zijn ontstaan.

In Europa wordt aardgas vooral in en rond de Noordzee aangetroffen, onder andere onder het noorden van Nederland (zie ook Aardgaswinning in Nederland). Aardgas uit het Groningse Slochteren bestaat voor 81,9% uit CH₄(methaan), voor 3,3% uit hogere gasvormige koolwaterstoffen, en voor 14% uit stikstofgas en 0,8% kooldioxide. Aardgas van andere winplaatsen heeft vaak een andere samenstelling en bevat soms ook waterstofsulfide ("zuur gas").

In het verleden is aardgas vaak als een afvalproduct beschouwd van oliewinning en eenvoudigweg 'afgefakkeld'. Ook nu gebeurt dit nog wel als het erg ver van de bewoonde wereld aangetroffen wordt en het transport naar de consument te veel problemen oplevert. Dit is ecologisch gesproken erg jammer omdat van de fossiele brandstoffen aardgas de schoonste soort is. Affakkelen is echter wel beter dan het methaan simpelweg laten ontsnappen naar de atmosfeer, omdat de bijdrage aan het broeikaseffect van methaan ca. 25 maal hoger is dan kooldioxide. Nog beter zou het zijn om het gas weer de bodem in te pompen. Dit is bijna altijd mogelijk maar vergt enige extra investering. In arme landen weigeren zowel regeringen als oliemaatschappijen vaak om deze investeringen te doen. Methaan levert bij verbranding dubbel zoveel water als kooldioxide terwijl steenkool voornamelijk in kooldioxide wordt omgezet. Bovendien geeft aardgas vrijwel geen roet of as. Het is ook veel gemakkelijker dan steenkool of aardolie te ontdoen van onzuiverheden zoals zwavel met het Clausproces.

Ontstaan van aardolie en aardgas

De voorloper van aardolie en aardgas, het kerogeen of aardwas, vormde zich op de zeebodem in tegenstelling tot steenkool en bruinkool, die in een moerassige omgeving werden gevormd.

Kerogeen is een vaste stof die geen neiging heeft om op te stijgen. Noodzakelijk was dat die zeebodem zeer zuurstofarm was, waardoor de bezinkende organismen niet volledig konden worden verteerd door aaseters of bacteriën. Zo vormde zich, ten gevolge van gedeeltelijke afbraak van de organische materie door anaerobe bacteriën, het kerogeen, dat te vinden is in de zogenaamde teerzanden. Als de kerogeen bevattende sedimenten later diep begraven werden onder andere sedimenten, kon het gebeuren dat de temperatuur opliep tot tegen de 100 graden Celsius. In dat geval werd het kerogeen omgezet in aardolie. Bij nog hogere temperaturen werd het omgezet in aardgas.

Aardolie en aardgas zijn veel lichter dan steen en water, dus de fossiele brandstof werd, als het bovenliggende gesteente poreus genoeg was, naar boven gedrukt. Vaak stuitte de aardolie of het aardgas dan uiteindelijk op een ondoordringbare laag en daar vormt zich dan een aardolie- of aardgasvoorkomen.

Chemische eigenschappen

Aardgas is bij kamertemperatuur en een druk van 1 bar (absoluut) een gas. Doordat aardgas voor het grootste gedeelte bestaat uit methaan (82%), ligt het kookpunt bij 1 bar op −162 °C (112 K) en het smeltpunt bij −183 °C (91 K). De atomen van methaan vormen een volmaakt regelmatig viervlak en hebben dus in evenwicht een bindingshoek van 109,5°.

Fysische eigenschappen

Aardgas heeft een dichtheid van ongeveer 0,833 kg/m³ (bij 1 bar, 0°C). De relatieve dichtheid ten opzichte van lucht bedraagt ca. 0,65. Het gas 'drijft' dus op lucht. Hierdoor zal het opstijgen, vergelijkbaar met lucht(bellen) onder water.

Gronings aardgas levert bij verbranding gemiddeld een energetische waarde van 31,65 MJ/m³^[1] (onderwaarde) aan energie. Dit komt overeen met ongeveer 8,8 kWh/m³. Bij een gemiddeld omzettingsrendement van centrale verwarming blijft hiervan 7 kWh/m³ over. De bovenwaarde (de onderwaarde plus de warmte die vrijkomt door condensatie van rookgassen) voor Nederlands standaardaardgas is 35,17 MJ/m³, wat neerkomt op 9,8 kWh/m³.

Samenstelling

De belangrijkste component van aardgas is methaan, maar de samenstelling wisselt afhankelijk van de bron. Dit is van invloed op de verbranding van het gas en daarom zorgen gasleveranciers door het mengen van gas voor constante eigenschappen (dat wil zeggen, gas met dezelfde wobbe-index). Gronings gas bevat veel stikstof, waardoor de verbrandingswarmte lager is dan die van bijvoorbeeld Russisch gas. Gronings gas staat daarom ook bekend als 'laagcalorisch gas' met het buitenlandse gas als 'hoogcalorisch gas'.

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de verschillen tussen Gronings gas, en het typische gas dat bijvoorbeeld in Canada geleverd wordt.

		Gronings gas			Canadees gas (Union Gas)[2]
Bestanddeel	Formule	Volume-%	Mol-%	Massa-%	mol-%
Methaan	CH4	81,30	81,29	69,97	95,2
Ethaan	C2H6	2,85	2,87	4,63	2,5
Propaan	C3H8	0,37	0,38	0,90	0,2
Butaan	C4H10	0,14	0,15	0,47	0,06
Pentaan	C5H12	0,04	0,04	0,16	0,02
Hexaan	C6H14	0,05	0,05	0,23	0,01
Stikstofgas	N2	14,35	14,32	21,52	1,3
Zuurstofgas	O2	0,01	0,01	0,02	0,02
Kooldioxide	CO2	0,89	0,89	2,10	0,7

De reactie die bij het verbranden van methaan volgt, is: ${displaystyle mathrm {CH} _{4}+2mathrm {O} _{2}to 2mathrm {H} _{2}mathrm {O} +mathrm {CO} _{2}}$

Transport en opslag

Gas wordt bij voorkeur in metalen of kunststoffen gasleidingen vervoerd. Daarnaast wordt aardgas ook onder druk als compressed natural gas (CNG) vervoerd, of als vloeistof, liquefied natural gas (lng). Opslag in gasvorm kan in bolvormige containers of in ondergrondse gesteentelagen. Kleine hoeveelheden worden in tanks, cilinders en gasflessen opgeslagen. Lng wordt in geïsoleerde tanks opgeslagen.

Pijpleidingen

Zie de categorie Gaspijpleiding voor een overzicht van de bestaande pijpleidingen.

Over het algemeen bestaat een pijpleiding uit aan elkaar gelaste buizen. De wanddiktes variëren van enkele millimeters tot ruim een centimeter, de diameter schommelt tussen 20 cm en 1 m of meer (de grootste tot nu toe meet 1,40 m). De buizen zijn vaak voorzien van een beschermende mantel.

De lasnaden worden streng gecontroleerd. Na die controle en voor de leiding in de sleuf neergelaten wordt, krijgen de lassen een extra bekleding tegen met name corrosie. Kunststofleidingen worden toegepast omdat dit economisch aantrekkelijk is en omdat ze minder gevoelig zijn voor corrosie.

Het is belangrijk dat een pijpleiding een voldoende hoeveelheid gas kan vervoeren en dus een hoge transportsnelheid kan waarborgen. Het gas stroomt van hoge druk naar lage druk. Langs het net bevinden zich krachtige compressiestations (ongeveer om de 80 km) die voor voldoende gasdruk zorgen.

Methaantankers

Methaantankers vervoeren het aardgas in vloeibare vorm. Aardgas in vloeibare vorm neemt 600 maal zo weinig volume in als in gasvorm, wat het vervoer over zee economisch aantrekkelijker maakt.

Aardgas kan vloeibaar gemaakt worden bij een druk van 600 bar of. zoals bij lng (liquefied natural gas). bij atmosferische druk en een temperatuur van –163°C.

De handel in vloeibaar aardgas heeft zich sinds 1990 over heel de wereld sterk ontwikkeld. Het vertegenwoordigt meer dan een kwart van de totale wereldhandel van aardgas. Meer dan de helft van de handel gebeurt in Azië, maar de techniek van de methaantankers werd grotendeels in West-Europa ontwikkeld.

Onderzeese pijpleidingen

Om aardgas uit velden die in zee liggen aan land te brengen, wordt gebruikgemaakt van onderzeese pijpleidingen. Ook aardgas dat op andere continenten ontgonnen is, wordt via deze pijpleidingen vervoerd. Zo ontvangen Italië en Spanje gas uit Algerije via de Medgazpijplijn.

In de Noordzee ligt meer dan 2000 km aan pijpleidingen. Zo zijn er de leidingen Norpipe, Statpipe en Europipe die de velden van de Noorse aardgaszone verbinden met Emden, aan de Duitse kust. De Zeepipe voorziet sinds 1993 het transport van Noors aardgas tussen het Troll-gasveld en Zeebrugge. Later werd de Zeepipe ontdubbeld zodat er nu ook een pijpleiding in Duinkerken aankomt.

Eind 1998 werd de Interconnector in dienst gesteld, een gasleiding tussen Bacton, aan de Britse kust, en Zeebrugge. Hierlangs wordt het Britse aardgas naar continentaal Europa vervoerd en omgekeerd. Eind 2006 werd een tweede leiding (de BBL-pijplijn) tussen Bacton en het continent in gebruik gesteld.

Opslag van aardgas

Er komen steeds meer gebruikers en toepassingen van aardgas. De continue aanvoer van aardgas moet dus gegarandeerd kunnen worden. Om seizoensgebonden pieken op te vangen (zoals in de winter bijvoorbeeld), wordt het aardgas opgeslagen in bovengrondse reservoirs of in ondergrondse gasopslag.

Toepassingen

Aardgas wordt als energiebron gebruikt om op te koken en om te verwarmen. Aardgas heeft in Nederland sinds de jaren zestig het stadsgas en het stoken op steenkool geheel verdrongen. Daarnaast wordt het in grootverbruik toegepast voor elektriciteitscentrales en stadsverwarming. Elektriciteit geproduceerd met behulp van aardgas heeft het grootste aandeel in de in Nederland geproduceerde elektriciteit, in 2015 41,7% of 45,9 TWh.^[3]

Aardgas wordt ook als grondstof gebruikt in diverse chemische productieprocessen. Van het aardgas wordt bijvoorbeeld ammoniak gemaakt, dat op zijn beurt weer een grondstof voor kunstmest is.

In samengeperste vorm (CNG) wordt aardgas gebruikt als alternatieve, relatief schone brandstof voor personenauto's, bedrijfswagens en bussen en in vloeibare vorm (lng) voor vrachtwagens. Vooral in de bebouwde omgeving maakt dit een groot verschil voor de luchtkwaliteit, omdat