Australische rotsen kunnen waterstof maken én CO2 opslaan

Diep onder delen van West-Australië ligt gesteente dat volgens nieuw onderzoek een dubbele rol kan spelen in de energietransitie. Door CO2-rijk water in ijzerhoudende rotsen te injecteren, ontstaat een natuurlijk proces dat zowel waterstofgas vrijmaakt als kooldioxide vastlegt. Het onderzoek, gepubliceerd in het International Journal of Hydrogen Energy, richt zich op het Yilgarn Craton: een geologisch stabiel gebied in het zuiden van West-Australië dat behoort tot de oudste en best bewaarde aardkorst op onze planeet, met zirkoonkristallen die meer dan 4 miljard jaar oud zijn.

Het onderzoeksteam, geleid door energiewetenschapper Lingping Zeng, noemt het resultaat 'oranje waterstof'. De naam verwijst naar het roesten van ijzer dat tijdens het proces plaatsvindt. Van nature reageert water al met ijzerhoudende mineralen in de ondergrond, waarbij het ijzer oxideert en waterstofgas ontstaat. Dit proces heet serpentinisatie. In een oranje-waterstofsysteem wordt deze reactie kunstmatig versneld door gericht water met opgeloste CO2 de grond in te pompen.

Waterstof maken en CO2 opruimen tegelijk

Wat het proces extra interessant maakt, is de tweede functie van dezelfde rotsen. Reservoir-ingenieur Regina Sander legt uit dat het CO2 dat met het water meestroomt, kan reageren met mineralen in het gesteente en daarbij verandert in vaste carbonaatmineralen. Dat heet koolstofmineralisatie, en het zorgt ervoor dat de kooldioxide voor lange tijd veilig opgesloten blijft in de rots. Volgens Sander is dat een aantrekkelijk vooruitzicht: één en hetzelfde ondergrondse systeem zou zowel schone energie kunnen leveren als broeikasgas uit de atmosfeer kunnen halen. Toch waarschuwt ze dat de omstandigheden die de waterstofproductie maximaliseren, niet automatisch ook de beste zijn voor CO2-opslag. Dat maakt vervolgonderzoek naar de juiste balans noodzakelijk.

Om dat beter te begrijpen, gebruikten de onderzoekers geochemische modellen om te simuleren hoe ondergrondse vloeistoffen reageren met het zogeheten mafisch-ultramafische gesteente in het Yilgarn Craton. Ze onderzochten hoe temperatuur, zoutgehalte en zuurgraad de productie van waterstof en de opslag van CO2 beïnvloeden.

Temperatuur is de belangrijkste knop

Uit de modellen blijkt dat temperatuur de grootste invloed heeft op de hoeveelheid geproduceerde waterstof: hoe warmer, hoe sneller de reacties verlopen en hoe meer gas er vrijkomt. Voor de opslag van CO2 ligt dat genuanceerder. De beste omstandigheden voor koolstofmineralisatie liggen in een gematigd venster van ongeveer 150 tot 200 graden Celsius. Bij hogere temperaturen ontstaat weliswaar meer waterstof, maar dat leidt niet automatisch tot meer opgeslagen CO2.

Ook de samenstelling van het ondergrondse water speelt een rol. Water met een laag zoutgehalte stimuleert de waterstofproductie, terwijl sterk zout water die juist afremt. Een hogere zuurgraad (alkalische omstandigheden) blijkt de reacties die waterstof en ijzerhoudende mineralen vormen, juist te bevorderen.

Nog geen commerciële projecten

West-Australië plant de komende jaren grote hernieuwbare-energie- en waterstofprojecten in het noordwesten van het Yilgarn Craton, die veel opslagcapaciteit nodig zullen hebben. Hoewel het Yilgarn zelf geen grote ondergrondse gasreservoirs bevat, is de opslagcapaciteit van uitgeputte gasvelden elders in de staat ruim voldoende om aan die vraag te voldoen. Waterstof die hier wordt geproduceerd, zou dus getransporteerd en elders ondergronds bewaard kunnen worden tot het nodig is.

Commerciële oranje-waterstofprojecten bestaan in Australië nog niet. Zeng noemt het onderzoek een belangrijke eerste stap. De volgende fase bestaat uit laboratoriumexperimenten en veldproeven, waarbij de onderzoekers ook willen uitzoeken of het systeem op commercieel relevante schaal kan werken.