Een kleine beschouwing over fossiele brandstof reserves     (11 maart 2013, 1 oktober 2013)

In mijn stukje van 25 februari j.l. zette ik enkele flinke kanttekeningen bij de roze bril verhalen rond schaliegas en 'tight' olie. Als ik modieuze consultant prietpraat doorspekt met kreten als "game changer" zie verschijnen rijst bij mij van nature so-wie-so (grote) scepsis. In dit stukje ga ik er nog wat verder op door.

Laat mij nog even terug komen op de energie pyramide die ik in het vorige stukje opvoerde:

Wat is de basis waarvanuit je moet gaan kijken als je naar olie en gas voorraden kijkt? Welnu, dat is het voorkomen van organisch materiaal in gesteente dat de voorfase van olie en gas vormt. Dat is Kerogeen. Als dit materiaal aan temperaturen van 60 tot 140°C wordt blootgesteld en het is afgedekt met dicht, impermeabel gesteente (zoals b.v. Anhydriet of Steenzout) ontstaat olie. Hoe hoger de temperatuur, hoe lichter de olie. Bij nog hogere temperaturen ontstaat aardgas. In dit fragment van een gastles die ik ooit gaf voor VWO-5/6 staat dat nog eens nader uitgelegd.

Hoeveel Kerogeen is er op Aarde? En meer i.h.b.: Hoeveel koolstof zit er in Kerogeen in de aardkorst? Ik geef hier 2 bronnen. De eerste is afkomstig van Wikipedia, en geef de tabel eruit hieronder nog even weer:
(De waarde voor koolstof in de atmosfeer heb ik gecorrigeerd van 720 naar 830 Giga-ton)

Een tweede bron ontleen ik aan een boek dat via Google Books (1) kan worden gevonden. Ook daaruit geef ik hier een tabel hieronder weer:

De hoeveelheid koolstof die in Kerogeen zit is in totaal 10 tot 15 miljoen Giga-ton. Dat is op papier tussen ± 550 000 en ± 830 000 jaar energie op basis van het huidige wereldverbruik van de gehele mensheid.(2)
Alleen is er een zeer fors voorbehoud: Hoeveel van deze reusachtige voorraad is er bereikbaar? Immers, ongeveer 0.5‰ van de aardkorst is Kerogeen.(3)  Een zeer groot deel ervan zal onbereikbaar op grote diepte liggen.
Een interessante kanttekening (4) daarbij is het feit dat er veel meer koolstof in de aardkorst zit dan de corresponderende hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer. Als alle carbonaat in de aardkorst zou worden ontleed, dan zou onze atmosfeer aardig op die van Venus gaan lijken.(5)  Dankzij de aanwezigheid van water en de daarmee gepaard gaande verwering van silicaat rotsen (6) is ons een lot als dat van Venus bespaard gebleven.

Welke voorraden Kerogeen zouden interessant kunnen zijn? Welnu, degene die dicht aan het oppervlak liggen. Deze bereikbare voorraden worden thans op ongeveer 3000 miljard vaten olie equivalent geschat. De winning van olie eruit is echter zeer lastig. Het Kerogeen moet naar ±350°C(‡) worden opgewarmd, waarna men er het ruwe koolwaterstof product "uit kan braden". Dat kost energie. De hoeveelheid energie die je erin moet stoppen t.o.v. hetgeen je er uit krijgt is ongeveer 1:3 tot 1:4.(7)  Dat is zeer aanzienlijk. Ook komt hieruit het beeld naar voren dat het, even los van de kosten, zeer problematisch zal zijn om een productie te halen die werkelijk zoden aan de dijk zet.

Het leert ons ook echter wat anders. De thans winbare voorraad is in de orde van 20 000 Exa-Joule, hetgeen minstens een factor 10 000 minder is dan de bovengenoemde 10 tot 15 miljoen Giga-ton koolstof equivalent voor Kerogeen. Ofwel 99.99% is onbereikbaar.

Ik eindig met m'n opmerking in het vorige stukje:
In de Aarde zit in totaal ongeveer 1031 Joule aan warmte (6 · 1024 kg, 1 kJ/kg·K soortelijke warmte, temperatuur enkele duizenden graden). Dat is op papier gedurende 20 miljard jaar het huidige energie- verbruik van de mensheid (ruw weg 0.5 · 1021 Joule per jaar). Alleen ... heren cornucopia platte aarde economen ... 99.99999% tot 99.999999% hiervan zal never-nooit voor ons toegangkelijk zijn. Met de non-conventionele olie- en gasvoorraden, zij het wat minder extreem, is het niet anders.

Mazzel & broge, Evert

(‡) Correctie typo (van 500°C naar 350°C)

Naschrift 1/10/2013:
Shell is thans uit het Kerogeen project (wat misleidend spreekt men van 'shale oil') gestapt.

_______________________________________________________________________________

Referenties en aantekeningen

(1)
Kerogen: Insoluble Organic Matter from Sedimentary Rocks by Bernard Durand

(2)
Op basis van een verbrandingswaarde van 30 MJ/kg koolstof voor kerogeen betekent dit een energie voorraad van 3 tot 4.5 · 1026 Joule, ofwel op basis van een energie verbruik van de mensheid van 540 EJ/jaar, een energievoorraad voldoende voor ca. 550 000 tot ca. 830 000 jaar.

(3)
Deze massa is ongeveer 0.5‰ van de massa van de Aardkorst (2 tot 2.5 · 1022 kg).

(4)
Als men de zuurstof hoeveelheid in de atmosfeer (23%gewicht = 1.18 · 1018 kg) terug zou rekenen tot koolstof in carbonaat (CaCO3 en/of MgCO3) dan komt men op 4.43 · 1017 kg. Dat impliceeert dus dat er gedurende de miljarden jaren dat er leven is in totaal een veelvoud van de (thans) aanwezige zuurstof in de atmosfeer is rondgegaan in de koolstof cyclus op Aarde.

(5)
Indien men al het Carbonaat (CaCO3, MgCO3; 7 · 1019 kg koolstof) op Aarde zou ontleden dan zou dat een atmosfeer met bijna 35 bar CO2 opleveren. Dat komt aardig in de buurt van Venus.

(6)
Een voorbeeld:
CaSiO3 + 2CO2 + H2O —» 2HCO3[-] + Ca[2+] + SiO2
2HCO3[-] + Ca[2+] —» CaCO3 + CO2 + H2O

(7)
• Shell in situ conversion process (Wikipedia)
• Converting Oil Shale to Liquid Fuels (artikel)

Naschrift 1/10/2013:
Shell is thans uit het Kerogeen project (wat misleidend spreekt men van 'shale oil') gestapt.

_______________________________________________________________________________

SI-voorvoegsels

M = Mega = 1 000 000 = 106
G = Giga = 1 000 000 000 = 109
T = Tera = 1 000 000 000 000 = 1012
P = Peta = 1 000 000 000 000 000 = 1015
E = Exa = 1 000 000 000 000 000 000 = 1018