Onderzoek naar aardwarmte op ultra-diepte

Onderzoeksstudies

In het SCAN Dinantien programma worden studies gedaan ten behoeve van de haalbaarheidsstudie naar Ultra Diepe Geothermie (UDG). UDG richt zich op aardwarmte van 120 graden Celsius of meer, die zich in Nederland op een diepte van 4 kilometer of dieper bevindt. Deze aardwarmte kan mogelijk ingezet worden in (licht-)industriële processen en verwarming van bebouwde omgeving met de restwarmte. De kalksteenlagen uit het Dinantien (Onder-Carboon tijdperk) zouden mogelijk als UDG-reservoir kunnen dienen. Omdat deze lagen zich grote diepte bevinden, waarvan minder boringen en seismische data beschikbaar zijn,  bestaan er meer uitdagingen en grotere onzekerheden dan bij ondiepere aardwarmtewinning

Daarom voert SCAN deze onderzoeken uit, dit zijn er in totaal 12. Deze worden sinds eind 2018 uitgevoerd in projectteams van onderzoekers van commerciële consultancybureaus, TNO en EBN. Hierbij zijn tot nu toe meer dan 60 experts uit binnen- en buitenland betrokken.

In totaal zijn er nu 7 rapporten gepubliceerd met resultaten uit deze studies. Op de pagina ‘uitvoering meer onderzoeken‘ vindt u een samenvatting van alle onderzoeken. Deze bevat ook de links naar de rapporten.

Afgeronde SCAN Dinantien studies

Op basis van seismische gegevens zijn kaarten gemaakt die de diepte en dikte van de Dinantien kalkstenen laten zien. Omdat er niet overal in Nederland (goede) seismiek beschikbaar is, zitten er ‘witte vlekken’ in deze kaarten. Deze zullen deels opgevuld worden met het nieuwe seismische onderzoek dat binnen SCAN zal worden uitgevoerd. Vervolgens is met de kaarten de begravingsgeschiedenis van de Dinantien kalkstenen in delen van Nederland gereconstrueerd. Dit geeft inzichten in hoe de eigenschappen van deze lagen veranderd zijn door de geologische tijd, onder invloed van temperatuur en chemische processen diep in de aarde. We kunnen hiermee de eigenschappen (zoals doorlatendheid) op andere plekken beter inschatten.

In een andere studie is de verspreiding van verschillende soorten gesteenten binnen de Dinantien kalkstenen onderzocht. Er bestaan grote verschillen tussen de Dinantien kalkstenen in platform facies (deze zijn vergelijkbaar met koraalriffen op de Bahama’s en het Great Barrier Reef) en even oude afzettingen die in diepe zeeën zijn afgezet (meer vergelijkbaar met bijvoorbeeld leisteen). Deze variaties zijn onderzocht met behulp van gesteentemateriaal dat in eerdere boringen naar boven is gehaald. ook werd er gekeken naar voorbeelden van deze gesteentes die in omringende landen aan het aardoppervlak liggen. In hetzelfde onderzoek is ook gekeken welke chemische processen in de geologische geschiedenis mogelijk effect hebben gehad op de doorlatendheid van de Dinantien kalkstenen. Aan de ene kant kan de doorlatendheid verbeteren door natuurlijke oplossing van het gesteente, zogenaamde “karstificatie”. Aan de andere kant kan de doorlatendheid zijn verslechterd doordat er mineralen of metaaldeeltjes neerslaan in het gesteente, dit als gevolg van andere chemische processen. Met de uitkomsten van deze studie proberen we te voorspellen welke processen hebben plaatsgevonden op plekken waar nog niet is geboord.

Om een inschatting te kunnen maken van het mogelijke vermogen van UDG doublets (aardwarmtewinnings installaties) is er ook een studie uitgevoerd naar productiviteit en injectiviteit. Omdat er veel onbekend is wat betreft de ondergrond (o.a. over de doorlatendheid, temperatuur en verbreuking), zijn er grote onzekerheden in de uitkomsten van geschatte vermogens van deze installaties. Verder heeft een groep experts uit de olie- en gasindustrie en de geothermie-industrie een lijst gemaakt van de gevaren die mogelijk bestaan bij het doen van UDG-boringen. Dit UDG Hazard Register kan gebruikt worden om op specifieke locaties te bekijken welke gevaren er mogelijk bestaan en hoe deze gemitigeerd kunnen worden.

Al eerder zijn in SCAN Dinantien metingen uit boringen naar de Dinantien kalkstenen gebruikt om gesteente-eigenschappen te bepalen. Hieruit blijkt dat deze kalkstenen vaak weinig poreus en permeabel (doorlatend) zijn, behalve wanneer er spleten en karstholtes gevormd zijn. Ook zijn de in eerdere boringen gemeten temperaturen, drukken en vloeistofsamenstellingen bij elkaar gebracht. Hieruit blijkt dat de temperaturen vaak hoger dan normaal zijn op het niveau van het Dinantien. Op een aantal plekken zijn forse overdrukken gemeten. De kans op aanwezigheid van H2S en andere gassen is groot, ook kunnen zware metalen aanwezig zijn. Hiervoor zullen bestaande beheersingsmaatregelen toegepast moeten worden bij het boren, produceren en injecteren.

Een van deze studies gaat over andere geofysische meetmethodes (naast seismiek) waarmee de ondergrond in kaart gebracht kan worden, zoals magnetisme en zwaartekracht. Deze gegevens bevatten minder detail maar ondersteunen de interpretatie van seismiek, zeker in gebieden waarvan geen of weinig (goede) seismische data beschikbaar zijn. In een andere studie wordt onderzocht of de hoeveelheid spleten en hun doorlatendheid kunnen worden ingeschat. De Dinantien kalkstenen zijn van zichzelf meestal vrij ondoorlatend. Kleine spleten (fractures) zijn erg belangrijk om genoeg water uit deze gesteentes te kunnen produceren of erin te kunnen injecteren. Overal in de aarde geldt: Hoe te dieper, hoe warmer. De mate waarin dat het geval is, hangt af van de samenstelling van de ondergrond, zeker als het gaat om Dinantien kalkstenen. In deze studie worden variaties in temperatuur in Dinantien kalkstenen bestudeerd, aan de hand van boringen in binnen- en buitenland. Hiermee krijgen we een beter temperatuurmodel voor de diepe (> 3 km) ondergrond in Nederland, zodat we de temperaturen beter kunnen voorspellen.

In de ondergrond zijn van nature spanningen aanwezig. Deze kunnen van richting en grootte variëren. Om de doorlatendheid van de Dinantien kalkstenen beter in te schatten, naast eventuele dreigingen rond  seismiciteit, is een beter begrip van deze spanningen nodig. Het betreft een grote-schaal inventarisatie van stressoriëntatie en grootte, een analyse van impact van lokale, geologische, factoren op spanningsvelden, en “best practices” voor het modelleren van spanningsvelden. Een laatste studie duikt dieper in welke factoren een rol kunnen spelen rond mogelijke seismiciteit (aardbevingsactiviteit) bij UDG.