miniatuur|Gastank Onder aardgas wordt verstaan alle uit de grond ontwijkende gassen. In de praktijk wordt de benaming gebruikt voor gasvormige fossiele brandstoffen. Brandbaar aardgas is een mengsel van lichte koolwaterstoffen (vooral methaan) en kleinere hoeveelheden stikstof, zuurstof en koolstofdioxide. Aardgas ontstaat bij het proces dat ook tot de vorming van aardolie leidt, en vertegenwoordigt de lichtere fractie organische producten van dat vormingsproces. Aardgas wordt vaak samen met aardolie gevonden, maar aardgas weet, anders dan de veel zwaardere aardolie, soms door te dringen in hogere aardlagen, waardoor er 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, voor 14% uit stikstof en 0,8% koolstofdioxide. Aardgas heeft per winplaats vaak een andere samenstelling en bevat soms ook waterstofsulfide ("zuur gas").
miniatuur|Aardgasproductie per land (bruin en rood gekleurde landen produceren het meest)
Ontstaan van aardgas miniatuur|Aardgasvelden in het Noordzeebekken (rood) De voorloper van 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.
Aardgas wordt ook gewonnen uit ander organisch 'afval'. Zo zijn tijdens het Carboon veel planten en bomen in het moerasachtige landschap tot steenkool geworden, die tevens een bron van gas zijn. Dit is bijvoorbeeld in het Groningse Gas (bij Slochteren) het geval.
Chemische eigenschappen Aardgas is bij standaardomstandigheden een gas. Doordat aardgas voor het grootste deel uit methaan bestaat, voor 82%, ligt het kookpunt bij 1 bar op −162 °C of 112 K en het smeltpunt bij −183 °C of 91 K. De atomen van methaan vormen een regelmatig viervlak, dus hebben 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 circa 0,65. Het gas 'drijft' dus op lucht. Hierdoor zal het opstijgen, vergelijkbaar met lucht(bellen) onder water.
De verbrandingswarmte van aardgas dat aan Nederlandse huishoudens geleverd wordt bedraagt circa 35,17 MJ/m³ (bovenwaarde) of 31,65 MJ/m³ (onderwaarde). De Wobbe-index (dit is iets anders dan verbrandingswarmte) van aardgas dat aan Nederlandse huishoudens wordt geleverd dient tussen 43,46 en 44,41 MJ/m³Regeling van de Minister van Economische Zaken van 11 juli 2014, nr. WJZ/13196684, tot vaststelling van regels voor de gaskwaliteit (Regeling gaskwaliteit)Aardgasconversie, in: Chappin, E.J.L. (ed.) (2019) Webdictaat Introductie in Energie- en Industriesystemen. Gearchiveerd op 6 mei 2019. (bovenwaarde) te liggen. Dit is wettelijk vastgelegd omdat verbrandingsinstallaties op deze waarde zijn ontworpen,Aardgas, College spm1520, 13 februari 2012, Dr.ir. G.P.J. Dijkema. Gearchiveerd op 29 augustus 2021. afwijking hiervan kan dus gevaarlijk zijn. Aardgas verschilt van samenstelling, afhankelijk van het veld waaruit het wordt gewonnen. Daardoor verschillen ook de verbrandingswarmte en de Wobbe-index. Bij verbranding in huishoudelijke verbrandingsketels is vooral de Wobbe-index van belang. Daarom wordt er in Nederland naar gestreefd om bij de gaslevering deze zo constant mogelijk te houden. Het is zelfs wettelijk geregeld dat deze tussen bovengenoemde grenzen dient te liggen. Dit wordt bereikt door het mengen van gassen uit verschillende velden en door het toevoegen van kleinere hoeveelheden stikstof. Het gevolg hiervan is wel dat de verbrandingswaarde (ook wel calorische waarde genoemd) in kleine mate gaat variëren. Om hiervoor te corrigeren, wordt bij de berekening van de prijs van aardgas een correctiefactor in rekening gebracht, zodat de consument per megajoule eenzelfde prijs blijft betalen.
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) Union Gas Gassamenstelling, geraadpleegd op 4 januari 2018 (gearchiveerd) 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 Stikstof N2 14,35 14,32 21,52 1,3 Zuurstof O2 0,01 0,01 0,02 0,02 Koolstofdioxide CO2 0,89 0,89 2,10 0,7
De reactie die het volledig verbranden van methaan volgt, is:
Transport en opslag miniatuur|Ondergrondse gasleiding met afsluiter
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
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 (oplopend tot zo'n 1,40 m). De buizen zijn vaak voorzien van een beschermende mantel. Na controle en voordat de leiding in de sleuf neergelaten wordt, krijgen de lassen een extra bekleding tegen met name corrosie. Kunststofleidingen worden toegepast, omdat het relatief goedkoop kan en minder gevoelig is 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 naar lage druk. Langs het net bevinden zich krachtige compressiestations (ongeveer om de 80 km) die voor voldoende gasdruk zorgen.
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 Medgazpijpleiding.
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 gasveld Troll en Zeebrugge. Later werd de Zeepipe ontdubbeld zodat er een pijpleiding in Duinkerke 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-pijpleiding) tussen Bacton en het continent in gebruik gesteld.
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, 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.
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 In het verleden is aardgas vaak als een afvalproduct beschouwd van oliewinning en eenvoudigweg afgefakkeld. Affakkelen gebeurt nog als het erg ver van de bewoonde wereld aangetroffen wordt en het transport naar de consument te veel problemen oplevert. Dit is vanuit ecologisch perspectief gezien jammer omdat van de fossiele brandstoffen aardgas de schoonste soort is. Affakkelen is echter beter dan het methaan simpelweg laten ontsnappen naar de atmosfeer, omdat de bijdrage aan het broeikaseffect van methaan ca. 25 maal hoger is dan koolstofdioxide. Nog beter zou het zijn om het gas weer de bodem in te pompen. In de bodem pompen is mogelijk, maar vergt enige extra investering. In arme landen zijn zowel regeringen als oliemaatschappijen vaak niet bereid om deze investeringen te doen. Methaan levert bij verbranding dubbel zoveel water als koolstofdioxide, terwijl steenkool voornamelijk in koolstofdioxide wordt omgezet. Bovendien geeft aardgas vrijwel geen roet of as. Het is gemakkelijker dan steenkool of aardolie te ontdoen van onzuiverheden zoals zwavel met het clausproces.
Aardgas wordt als energiebron gebruikt om te koken en 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.cbs.nl StatLine. Gearchiveerd op 14 november 2021.
Aardgas wordt 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 bij de verbranding van aardgas niet of nauwelijks roetdeeltjes en ander fijnstof vrijkomen. In 2013 is de veiligheid van deze brandstof ter discussie gesteld naar aanleiding van een brand in een stadsbus, waarbij het via een veiligheidsventiel afgeblazen gas een steekvlam van meer dan tien meter veroorzaakte.
Gasverbruik en kosten Europa