2 oktober 2019
Jan Diederik van Wees
Universiteit van Utrecht / TNO

Op zoek naar stuifduinen van 265 miljoen jaar geleden

Aan de oppervlakte is Nederland zo plat als een dubbeltje, maar dat geldt volgens TNO-onderzoeker Jan Diederik van Wees beslist niet voor de ondergrond. “Onder Nederland liggen minstens twaalf watervoerende lagen die in principe geschikt zijn om aardwarmte aan te onttrekken, maar deze vormen een soort Alpengebergte met pieken en dalen tussen min 1 en min 4 kilometer. Door die grilligheid is de exacte situatie in de ondergrond zeer lastig te voorspellen. Zie daar maar eens de juiste boorlocatie voor aardwarmte in te vinden.”

Als aardwetenschapper bij TNO en professor aan de Universiteit Utrecht onderzoekt Jan Diederik hoe voorspellende modellen ingezet kunnen worden bij het opsporen van gunstige ondergrondse omstandigheden voor het winnen van aardwarmte. Daarbij is niet alleen temperatuur, maar ook de doorlatendheid van belang om het warme water eerst naar boven te halen om datzelfde water na de warmtewinning weer terug te pompen naar dezelfde aardlaag. Deze lagen zijn echter sterk geplooid en verspringen door breuken in de aardkorst. “Zo kan bijvoorbeeld een boorput aan de zuidkant van Utrecht een prima investering zijn, terwijl een even diepe put aan de andere kant van de stad weggegooid geld is.”

Werkmateriaal op een van de bureaus van collega's van Jan Diederik van Wees. Foto: Jan Diederik van Wees

Witte vlekken

In het kader van de Utrechtse onderzoeksprojecten voor aardwarmte (Lean en Goud) richt Jan Diederik zich op de ‘witte vlekken’ op de provinciale kaart. “Vanuit de olie- en gaswereld is in de afgelopen decennia enorm veel geld geïnvesteerd om de ondergrond op veelbelovende locaties in beeld te brengen. Van de geologische structuren onder de provincie Utrecht waren nog geen seismische profielen beschikbaar. Met het SCAN programma dat EBN (Energie Beheer Nederland) in opdracht van het Ministerie Economische Zaken en Klimaat uitvoert, zetten we in Nederland nu een goede volgende stap. Maar even goed is er veel vervolgonderzoek nodig en daarvoor moeten we op een gegeven moment echt letterlijk de diepte in.”

Minicollege

Om geothermie in het juiste perspectief te plaatsen, trakteert de professor op een verhelderend minicollege over geologie en de historie van aardwarmtewinning. Via de Romeinen, die al thermische bronnen gebruikten voor hun badhuizen, komen we via de Lardarello-vulkaan bij Pisa en het succesvolle werk van de Nederlandse geologische dienst in Indonesië in de jaren ’20 uit bij de onderzoeksprojecten in Utrecht. “Waar we naar zoeken in Lean is de Rotliegend-laag. Dat zijn duinafzettingen van 265 miljoen jaar geleden uit de tijd dat Nederland nog een woestijnklimaat kende. Vergelijk het met de stuifduinen die we uit de Sahara kennen. Deze zandlaag is zeer poreus, dus daar kan het water gemakkelijk door stromen. Die laag kennen we vrij goed omdat het dezelfde is van waaruit het gas in Slochteren wordt gewonnen.”

Voor het onderzoeksproject Lean wordt naar de Rotliegend-laag gekeken. Dat is de donker roze laag op de bodemkaart.
‘Anders dan met gas heb je bij aardwarmte geen last van grote drukverandering die voor aardbevingen zorgt omdat je het afgekoelde water weer terugbrengt naar dezelfde aardlaag’

Verschil met Groningen

Maar afgezien van het gegeven dat het om dezelfde aardlaag gaat, houdt daar de overeenkomst met ‘Groningen’ volgens Jan Diederik dan ook direct op. “Anders dan met gas heb je bij aardwarmte geen last van grote drukverandering die voor aardbevingen zorgt omdat je het afgekoelde water weer terugbrengt naar dezelfde aardlaag. Je hebt wel te maken met thermische verandering door afkoeling rondom de injectieput. Dat kan ervoor zorgen dat het aanwezige gesteente wat krimpt. Dit noemen we compactie, maar het effect daarvan is veel minder dan dat van de drukverandering bij gaswinning. Ook is het zo dat het gesteente rondom de meeste thermische reservoirs vrij gemakkelijk meebeweegt met veranderingen in de temperatuur. Dat zorgt voor veel minder spanning in de ondergrond, maar het is even goed iets waar ook op voorhand al goed naar gekeken moet worden. Al maak ik me daar voor de situatie voor Utrecht vooralsnog geen zorgen om.”

Kans op aardbevingen

De mogelijke risico’s verschillen volgens Jan Diederik per locatie in Nederland enorm. “Zo komt in het Zuidoosten van Nederland van nature seismische activiteit in de vorm van lichte aardbevingen voor. Op andere plekken zit minder spanning in de ondergrond en is de kans om daar een beving op te wekken met het winnen van aardwarmte relatief klein. Toch kun je dat nooit voor 100 procent uitsluiten. Uiteraard zijn er wel grenzen. Kijk naar Groningen dat tussen eind jaren tachtig en begin jaren negentig enorm hard leeg getrokken is. Dat gebeurde zo’n dertig jaar na aanvang van de gaswinning. Kortom, je moet de situatie in de ondergrond behoorlijk verstoren voor er iets gebeurt. Uit voorzorg is het verstandig om weg te blijven van grote breuken.”

Jan Diederik van Wees op het terrein van Universiteit van Utrecht en TNO. Foto: Jorrit 't Hoen

Slimme analysetechniek

Om alle aspecten in de ondergrond goed te kunnen monitoren willen de onderzoekpartners de onderzoeksput voor Lean bekleden met slimme meetinstrumenten. Zo wordt er een glasvezelkabel in de putwand verwerkt, waaraan straks allemaal slimme analysetechniek wordt gekoppeld. “Daarmee kun je vervolgens de exacte temperatuur op een bepaalde diepte vaststellen of trillingen – ook natuurlijke – in de bodem nauwkeurig meten. Daar wordt het voor mij als wetenschapper pas echt interessant.”

Hoeveel sterren geef je dit artikel?

Heb je vragen?

Arjan Visser2 oktober 2019 | 11:18

Misschien nog een beetje vroeg, maar is al bekend wat de opslagcapaciteit in deze aardlaag onder de prov Utrecht is? In termen van m3 volume of in thermische eenheden? Een soort van grove inschatting zou al fijn zijn.

Manon 4 oktober 2019 | 11:17

Beste Arjan, we hebben je vraag voorgelegd aan Jan Diederik. Dit is zijn antwoord:”de Rotliegend laag is bijna overal onder Utrecht ongeveer 100 m dik. Uitgaande van een oppervlakte van 5 bij 5 km betekent dat een warmte-inhoud van ongeveer 500 PJ waarmee het warmtenet gevoed kan worden (uitgaande van 50 graden uitkoeling).”

Arno Harting14 oktober 2019 | 21:00+1

Moet ik bovenstaand antwoord -even kort door de bocht- als volgt interpreteren: tijdens de circa 40 jaar dat een doublet bron als boven beschreven met een ondergronds werkend oppervlak van 5 bij 5 km benut wordt kan er totaal 500PJ gewonnen worden, dus zo’n 12PJ per jaar bij een afnemende temperatuur van de bron van (ik ga even uit van 2500 m diepte) circa 90 graden naar 40 graden. Wil ik de temperatuur uit de bron niet onder de 70 graden laten zakken (ivm warmtelevering aan huizen voor sanitair water 65 graden ivm legionella) dan is de warmte-inhoud circa 200PJ (20 graden uitkoeling ipv 50 graden, dus 2/5 van 500) , dus 5PJ warmte per jaar te leveren (5.000.000GJ per jaar, orde van grootte genoeg voor 200.000 redelijk energiezuinige woningen).

Manon 17 oktober 2019 | 07:22

Beste Arno, dank je voor de reactie. We hebben ook jouw vraag voorgelegd aan Jan Diederik van Wees. Hieronder zijn reactie.

Jan Diederik: “De berekening ziet er goed uit. Wel een paar kanttekeningen: het water in het warmtenet moet inderdaad warmer zijn dan 70C, maar het kan waarschijnlijk opgewarmd worden van ca 40-50C (de retourtemperatuur) naar 90-100C met de geothermische bron en daarom kun je tot 50 graden uitkoelen. Met 1 doublet kun je maar een beperkt gebied in de ondergrond aantappen, en dat produceert dan ca 0,2 PJ is mijn verwachting. 1 doublet is dan genoeg voor 8000 energiezuinige huizen, uitgaande van een warmtevraag van 25GJ per huis. Als alles meezit, zal het toch technisch niet lukken om alle warmte te winnen in het gebied, doordat altijd warmte achterblijft (tot 50%) en ook niet het gehele gebied in de ondergrond geschikt is. Dus de 5 PJ en 200,000 huizen is mijns inziens een mooi (optimistisch) perspectief, maar om iets andere redenen dan aangevoerd.”

Op de hoogte blijven?

Ontvang nieuwe berichten per mail.

Deel dit bericht