In het recente klimaatakkoord speelt geothermie (ook wel: aardwarmte) een belangrijke rol bij het omlaag brengen van de uitstoot van broeikasgassen bij de warmtevoorziening. Met name voor warmte in de gebouwde omgeving en in de glastuinbouw wordt ervan uitgegaan dat aardwarmte fors zal groeien en in 2050 een substantieel deel van deze warmtevraag voor haar rekening zal nemen.
Belangrijke input voor het klimaatakkoord was het in 2018 gepubliceerde Masterplan Aardwarmte, opgesteld door EBN en een aantal stichtingen op het gebied van aardwarmte en warmtenetwerken. Hierin wordt gesteld dat aardwarmte kan groeien van de huidige 3,6 PJ (PetaJoule) naar 50 PJ in 2030 (30 PJ in de glastuinbouw, 20 PJ in de gebouwde omgeving) en tenminste 200 PJ in 2050. De totale warmtevraag in Nederland is nu 960 PJ waarvan de gebouwde omgeving ongeveer 50% uitmaakt, de industrie 40% en de landbouw (met name de glastuinbouw) 10%. Verwacht wordt dat deze vraag licht zal dalen.
Opvallend is dat het klimaatakkoord de concrete cijfers uit het Masterplan Aardwarmte niet overneemt. De door de sector geformuleerde doelstellingen worden verwelkomd, maar ook enigszins ambitieus bevonden. In hoeverre kunnen kostendalingen gerealiseerd worden? Hoe aantrekkelijk is aardwarmte ten opzichte van alternatieven als warmtepompen, groen gas of waterstof? De indicatie van ECN (110 PJ in 2050, waarvan 30 PJ een relatief speculatief deel betrof voor hoge temperatuur warmte in de industrie) lag een stuk lager.
Het doel van dit Trilemma-artikel is een overzicht te geven van de ontwikkelingen in deze sector gedurende de laatste tien jaar, de initiatieven te beschrijven die nu worden opgezet om een snelle groei mogelijk te maken en een indicatie te geven van de kans dat een snelle groei van aardwarmte ook inderdaad wordt gerealiseerd. Voor de goed orde: het gaat hier om diepe aardwarmte, oftewel dieptes groter dan 500 meter.
De technische basics
Bij geothermie wordt warmte onttrokken aan water dat via een put wordt opgepompt vanuit de diepte. Vervolgens wordt dit water in een nabijgelegen tweede put weer op dezelfde diepte geïnjecteerd. Er wordt in Nederland vrijwel altijd een tweetal putten (doublet) geboord. Oppompen en injecteren lukt alleen als er op die diepte een waterdoorlatende laag aanwezig is. In Nederland is dit meestal zandsteen. Het is vaak een van de zelfde zandsteenformaties waaruit in Nederland aardgas (en een enkele keer olie) geproduceerd wordt.
De temperatuur neemt toe met de diepte, in Nederland met ongeveer 30°C per kilometer. De doorlatendheid van gesteente neemt echter af met toenemende diepte. Dit impliceert dat er een optimale diepte is waar de warmteopbrengst maximaal is: daar waar de temperatuur al flink gestegen is maar de doorlatendheid van het gesteente nog niet zover is afgenomen dat het een beperking vormt voor de hoeveelheid water die door het systeem kan stromen. In Nederland ligt dit optimum rond de twee à drie kilometer diepte. Het is op deze diepte dat de tuinbouwers, de pioniers voor geothermie in Nederland, opereren. Het betekent dat ruimteverwarming, met water van ongeveer 60°C tot 100°C (de temperatuur op twee tot drie kilometer diepte), in Nederland relatief makkelijk is. Industriële verwarming, met een warmtevraag van (veel) meer dan 120°C is hier echter moeilijk. In vulkanische gebieden ligt dat anders.
Zodra een doublet (en eventueel een warmtenet) er eenmaal ligt, zijn de verdere kosten relatief laag en is de uitstoot van broeikasgassen zeer klein. Putten worden dusdanig ontworpen dat het koudere geïnjecteerde water de productieput niet binnen dertig jaar (veelal de technische levensduur van een systeem) zal bereiken. Daarna zal men niet direct op exact dezelfde locatie een put willen boren. Zelfs een zeer conservatieve schatting geeft voor Nederland echter al een potentiële hoeveelheid duurzame aardwarmte van tenminste 300 PJ per jaar.
Warmte is veel duurder om te transporteren dan gas of elektriciteit en warmtetransport brengt al gauw substantiële verliezen met zich mee. Dat heeft tot gevolg dat geothermieputten dicht bij de afnemer van warmte moeten staan. Aangezien een enkel doublet al warmte oplevert voor meerdere duizenden huishoudens, of een aantal kassencomplexen, betekent dit dat geothermie een relatief grote en geconcentreerde warmtevraag vereist. Voor de gebouwde omgeving impliceert dit stedelijke gebieden. Vrijstaande huizen in landelijke gebieden zullen eerder richting warmtepompen gaan.
De ervaringen van de laatste tien jaar
De ongeveer twintig projecten die het afgelopen decennium ontwikkeld zijn, betroffen vrijwel allemaal projecten voor de glastuinbouw. De glastuinbouw heeft een grote, relatief constante (door het jaar heen) warmtevraag op één, of een beperkt aantal, locaties. Het kassengebied bij het Westland (en ook een gedeelte van Noord-Holland) is vanuit geologisch oogpunt goed geschikt voor geothermie. De geologie is er door de olie- en gaswinning ook goed bekend.
Toch gaat hier niet alles over rozen. Ook na ruim tien jaar is het aandeel aardwarmte in de glastuinbouw nog geen 5%. De businesscase is vrij marginaal (ook met subsidie) en er is een serieus risico voor tuinders dat zaken niet goed gaan. Dat is niet zozeer het geologische risico (waar men zich nu ook voor kan verzekeren) maar problemen met de integriteit en het functioneren van de putten.
Deze putten draaien nu gemiddeld zo’n vijf jaar en nu al heeft meer dan een kwart serieuze problemen gehad die leidden tot een tijdelijk of permanent stilleggen van het systeem (terwijl de technische levensduur dertig jaar zou moeten bedragen). Van deze putten wordt meer gevraagd dan van een gasput (terwijl ze eenvoudiger zijn uitgevoerd). In plaats van een beperkte hoeveelheid gas met een hoge energiedichtheid, gaat er een grote hoeveelheid zeer zout water door. Scaling (dichtslibben) en corrosie zijn daarom bij geothermie een groter probleem dan bij gasputten in Nederland. Om dat tegen te gaan is een substantiële hoeveelheid chemicaliën nodig.
De kortetermijnuitdaging is niet zozeer om de geothermieputten goedkoper te maken, maar ervoor te zorgen dat ze inderdaad enige tientallen jaren meegaan. Dit vereist een robuuster putontwerp met grotere marges (bijvoorbeeld een dubbele in plaats van een enkele casing), het gebruik van betere materialen en een meer vakkundige monitoring tijdens het gebruik. De kennis uit de olie- en gasindustrie kan daarbij helpen. Het is hoognodig dat de geothermiesector verder professionaliseert, zoals in 2017 aangegeven door het Staatstoezicht op de Mijnen (SODM) in zijn spraakmakende ‘Staat van de sector‘-rapport.
Lopende initiatieven: Scan en UDG
Scan (Seismische Campagne Aardwarmte Nederland) is een project van EBN en TNO om de kennis van de ondergrond te vergroten in die delen van Nederland waar niet of nauwelijks door de olie- en gasindustrie geëxploreerd is. Dit gebeurt door nieuwe seismiek te schieten of bestaande seismiek te re-processen. Het onderzoek concentreert zich voorlopig op de dichtbevolkte as Haarlem – Utrecht – Nijmegen. Hiermee kan het potentieel voor aardwarmte beter worden ingeschat en er kan een begin worden gemaakt met nieuwe projecten. Voor de eerste projecten zullen de onzekerheden groter zijn dan in bijvoorbeeld het Westland.
Het UDG (ultradiepe geothermie) project richt zich op de industriële warmtevraag die hogere temperaturen van 120°C of meer vereist. Dat is een veel grotere uitdaging dan warmte voor kassen en gebouwen want dat vereist een diepte van vier tot zes kilometer. Op die diepte doet zich echter het probleem voor van een lage doorlatendheid van gesteentes. In de praktijk richt men zich daar op kalksteen waarvan de doorlatendheid op deze dieptes niet zozeer gerelateerd is aan porositeit (zoals bij zandsteen) maar aan fractures (scheuren).
Dat soort scheuren zijn moeilijk te voorspellen op basis van seismiek, zeker op grote dieptes. Fracken om deze scheuren zelf te creëren lijkt in de Nederlandse setting kansloos. De kans op scheuren is het grootst bij breukzones; een locatie die tegelijkertijd echter een relatief grote kans op geïnduceerde aardbevingen geeft. De ervaring bij het Balmatt-project in België, waar recent in de testfase al geïnduceerde bevingen voorkwamen, stemt niet hoopvol. SODM ontraadt het boren bij breukzones. Gezien de vraag naar hogetemperatuurwarmte is het begrijpelijk dat de UDG-studie is opgezet. Echter, de kans dat dit gaat lukken in Nederland lijkt uitermate klein. Daarbij spelen ook de snel stijgende kosten van het boren, zodra men dieper gaat dan vier km, een rol.
Het is mogelijk om de kosten omlaag te brengen door meer in campagnes te gaan boren. Men kan daarbij op den duur ook denken aan een boortoren die geoptimaliseerd is voor putten op bijvoorbeeld twee tot drie kilometer diepte. Als de vraag naar aardwarmte zich verder ontwikkelt kan dit een realistische optie worden.
Draagvlak
Het risico op geïnduceerde aardbevingen bij projecten die zandsteen betreffen is in Nederland, met uitzondering van locaties bij gedepleteerde gasvelden, zeer klein. Voor kalksteen in het Carboon en Devoon ligt de zaak anders; hier is er wel degelijk een reële kans op geïnduceerde bevingen. Het lijkt waarschijnlijk dat de ontmoedigingen van SODM om hier te boren blijvend zullen zijn; ook om te voorkomen dat het draagvlak voor geothermie ondermijnd wordt in andere, meer geschikte, gebieden. Het enige Nederlandse aardwarmteproject in het Carboon-gesteente, nabij Venlo in Limburg, is ondertussen voor onbepaalde tijd stilgelegd.
Bijvangst is een onderbelicht thema. Het betreft hier meestal in het water opgelost gas en een enkele keer olie. Duidelijk is ondertussen dat een geothermieproject niet zonder een scheidingsinstallatie voor gas kan. Een aantal vroege projecten moesten later, tegen relatief hoge kosten, hiervan worden voorzien. Het gas kan worden afgefakkeld maar zal bij grotere hoeveelheden de CV-ketel ingaan. Voor bijvangst is afgesproken dat dit tot een hoeveelheid van 3,6 Nm3 gas per kuub water, of 5 m3 olie per dag, aan de geothermist toevalt.
Voor een succesvolle energietransitie zal de Nederlandse samenleving moeten aanvaarden dat vrijwel elke grootschalige activiteit qua energievoorziening ook een aantal negatieve aspecten zal hebben. Waar het om gaat is dat deze klein zijn ten opzichte van de negatieve impact van de uitstoot van broeikasgassen bij het verbranden van fossiele brandstoffen.
Onzekere vooruitzichten
De geothermiesector maakt vorderingen met professionaliseren. Stakeholders als EBN en TNO doen de juiste dingen. Een project als Scan zal het mogelijk maken in grotere delen van Nederland met minder risico een geothermieproject op te zetten. EBN kan nu financieel te participeren. Toch is de vraag gerechtvaardigd of de ambities zoals geformuleerd in het Masterplan Aardwarmte ook maar enigszins haalbaar zijn. Men kan niet anders doen dan constateren dat de groei nu langzaam gaat.
Geothermie heeft niet de mogelijkheden voor schaalvergroting en kostenverlaging zoals offshore wind die heeft. Boren van putten doet men in de olie- en gasindustrie al heel lang en het potentieel voor kostendalingen in geothermie ligt vooral in een meer planmatige aanpak en het boren in campagnes; niet zozeer in technologische doorbraken. Voor offshore wind is opschalen relatief makkelijk: zowel de turbines als het aantal turbines per park kan men relatief makkelijk vergroten. Shell Nederland neemt deel aan een aantal projecten en kan technisch advies geven. Maar de investeringen in geothermie zijn voor Shell vooralsnog klein ten opzichte van die in offshore wind.
Een optimaal vergunningenstelsel voor geothermie blijft een uitdaging. Met het recent gepubliceerde voorstel kiest het kabinet voor een laagdrempelig stelsel en negeert men de suggestie van EBN dat het uitgeven van grotere vergunningen (of het in samenhang behandelen van een aantal kleinere) zou kunnen leiden tot een meer optimale ontwikkeling van geothermie in een bepaald gebied. Het probleem van de afgelopen jaren was dat gebieden vaak op speculatieve basis werden gereserveerd waarop dan jarenlang geen of slechts een beperkte activiteit volgde. Het lijkt er niet op dat dit probleem met het nieuwe stelsel zal worden opgelost. Dat de hele procedure nu meer is gestroomlijnd en meer is toegesneden op geothermie is echter een welkome ontwikkeling.
Voor de gebouwde omgeving, op termijn de grootste afnemer van aardwarmte, staat of valt geothermie met het opzetten van warmtenetten. Ook de sector zelf realiseert zich terdege hoe groot en complex deze opgave is. De vele stakeholders en de lange doorlooptijd van vergunnings- en inspraakprocedures maken een snelle groei hier moeilijk. De track record van de overheid om grote infrastructurele projecten te versnellen is ronduit slecht.
Onder de huidige omstandigheden lijkt een grote versnelling van de groei van aardwarmte in de tuinbouw er niet in te zitten. De tuinbouwsector heeft het financieel niet makkelijk. De huidige lage aardgasprijzen zijn geen aansporing om nu op geothermie over te gaan. Afgelopen decennium werden er gemiddeld ruim twee doubletten per jaar geboord. Dat zou in 2018-2020 moeten groeien naar vijf, in 2020-2025 naar tien en in 2025-2030 naar twintig. Voorlopig lijkt een dergelijke snelle, exponentiële groei onwaarschijnlijk.
Om enigszins die kant op te gaan is er een veel grotere SDE+-steun nodig (al of niet gefinancierd door een verhoging van de nu lage gasprijs en energiebelasting voor de glastuinbouw). De historische kosten van eerdere projecten zijn geen goede richtlijn voor de benodigde subsidie, gezien de manier waarop projecten in de vroege fase zijn opgezet (‘cheap and dirty’), maar dienen nu wel als maatstaf in de berekening. Met ruimhartige subsidies voor zon en wind gedurende de eerste fase van de Energiewende heeft Duitsland als pionier in deze sectoren het vuile werk voor ons opgeknapt, iets waar wij nu van profiteren. Dat gaat voor aardwarmte niet gebeuren. Is de regering werkelijk bereid diep in de buidel te tasten om aardwarmte hier op de lange termijn van de grond te krijgen, terwijl op de korte termijn andere opties voor het zelfde geld misschien meer potentieel hebben om de CO2-uitstoot snel naar beneden te krijgen?
De toekomst van aardwarmte in Nederland is dan ook relatief onzeker. Het benoemen van een toekomstige bandbreedte lijkt zinvoller dan het noemen van een enkel getal. Voor 2030 zou deze bandbreedte kunnen neerkomen op 10 – 50 PJ. Het is de regering die nu de sleutel in handen heeft. Wordt men werkelijk slagvaardig bij het snel opzetten van warmtenetten? Is men bereid de financiële steun via SDE+ langdurig en substantieel te verhogen? Als dit allebei uitblijft, betekent dat een voortzetting van het huidige groeitempo voor aardwarmte en komt men eerder bij de 10 PJ uit. Wordt het allebei gerealiseerd dan komt de 50 PJ in zicht.