HET GROTE PROBLEEM VAN DE GASVERPOMPER Aardgas lekt benzine in de leiding TECHNIEK

Mooi handig, zo'n gasbel onder je land. Een paar pijpen leggen en de hele natie kan er mee koken en verwarmen. Toch is dat gemakkelijker gezegd dan gedaan. Als de Gasunie niet oplet, loopt er behalve gas ook een soort benzine door de leidingen.

Het aardgas in de bel bij Slochteren zit diep onder de grond bij een druk van zo'n 175 atmosfeer. Als het gas thuis uit de brander stroomt, hoeft de druk maar een klein beetje hoger te zijn dan die van de depressies waar de weermannen dagelijks over praten. Op zijn reis door het leidingennet daalt de druk op het gas dus flink.

Het laatste wat je zou verwachten is daardoor een probleem waar de Gasunie toch altijd voor op haar hoede moet zijn: condensvorming in de leidingen. Want als een gasmengsel heel hard wordt samengeperst, dan condenseert het. Schud maar eens aan de blauwe tankjes voor op de camping. En als het gas dat tankje uit mag en de druk er dus afgaat, hebben we het gas weer terug.

Maar wat gebeurt er, tot grote verrassing van de gastechnologen: in de leidingen waarin gas onder niet al te hoge druk wordt getransporteerd, treedt toch condensatie op. Ver weg van de gasbel ontstaan spoortjes benzine-achtige stoffen, die de leidingen kunnen aantasten en funest zijn voor de pompen die het gas transporteren.

Hoewel het verschijnsel al sinds de jaren veertig in Amerikaanse technische literatuur vermeld wordt - het schijnt dat sommige gastechnici daar zelfs hun auto's op het condensaat lieten rijden - was er geen gaswinner die precies snapte wat er aan de hand was.

Bij de Technische Universiteit in Delft is dat begrip er inmiddels wel. “Het is eigenlijk heel simpel, maar mensen in de praktijk hebben vaak niet door dat het om een wetenschappelijk bekend verschijnsel gaat”, zegt prof. dr. ir. J. de Swaan Arons. Hij is van de onderzoeksgroep Toegepaste thermodynamica en fasenleer, en in dat laatste begrip ligt de sleutel voor de oplossing van het raadsel. ”Als je daarmee vertrouwd bent, dan begrijp je het volkomen”, zegt zijn collega dr. ir. C. J. Peters.

Het vakgebied van de twee Delftenaren omvat het gedrag van gassen, vloeistoffen en vaste stoffen en hoe deze in elkaar overgaan. “En dan bij voorkeur onder ongewone omstandigheden” vult De Swaan Arons aan. Logisch dus dat zijn groep zeer geinteresseerd was in het probleem van de Gasunie, dat in wetenschappelijke termen 'retrograde condensatie' heet.

Inmiddels hebben ze acht jaar van theoretisch en experimenteel onderzoek achter de rug, waarin het fenomeen - met financiele steun van de Gasunie en de Stichting voor de Technische Wetenschappen - door twee promovendi tot in de puntjes beschreven is. “Alle wetenschappeljke vragen zijn nu wel zo'n beetje beantwoord”, zegt Peters zelfverzekerd. Maar de verklaring was toch eenvoudig?

“Ja, op zich wel”, reageert de onderzoeker, ”maar vervolgens wil je toch iets aan het probleem gaan doen. En dan moet je niet alleen uitleggen wat er aan de hand is, maar ook precies aan kunnen geven onder welke omstandigheden het effect zich voordoet.”

De eenvoudige verklaring voor het ontstaan van de benzine-achtige vloeistof ligt in twee factoren. De eerste is dat aardgas niet uit slechts een gas bestaat. Weliswaar bestaat het voor meer dan tachtig procent uit methaan, maar er zitten ook zwaardere moleculen in. Ethaan, propaan en butaan, die onder normale omstandigheden gassen zijn, maar ook nog gewichtiger verbindingen die gewoonlijk vloeibaar zijn.

De tweede factor is dat gassen onder hoge druk een beetje op een vloeistof lijken, ook al zijn ze nog niet gecondenseerd. ''Je moet het zo zien dat bij de druk waarmee het aardgas in Groningen de pijpleiding ingaat, de zwaardere verbindingen als het ware in het methaan opgelost zijn. Een beetje alsof het een vloeistof was'', legt De Swaan Arons uit. ''Maar als de druk afneemt, dan wordt de oplosbaarheid kleiner. En dat merk je niet aan het methaan, maar wel aan de andere verbindingen, die als druppels vloeistof tevoorschijn komen''.

Het gaat om een paar honderdste gram condensaat per kubieke meter aardgas, maar omdat er daar miljoenen van verpompt worden, kan er in de loop der tijd een aardige plas in de leiding komen. De afgelopen jaren hebben de Delftse wetenschappers precies uitgezocht onder welke omstandigheden die condensatie optreedt. Het begon met heel simpele proefjes om vat te krijgen op het gedrag van gasmengsels met methaan onder hoge druk, maar de experimenten werden alras omvangrijker.

''Aardgas kan wel honderden componenten bevatten, dus ons werk was er op gericht om de essentie te zoeken, om de spelers in het spel aan te duiden'', licht De Swaan Arons toe. De boosdoeners zijn inmiddels gevonden: bij het aardgas dat naar onze huizen stroomt, blijkt het vooral te gaan om middelzware moleculen met zo'n acht tot twaalf koolstofatomen. Deze wetenschap is vooral te danken aan de Griekse onderzoekster ir. M. E. Voulgaris, die in Delft de laatste vier jaar op basis van de eerder uitgevoerde experimenten een rekenmodel ontwikkelde.

Dit model - “met alle toeters en bellen”, zoals Peters het uitdrukt - kan voor een bepaalde gassamenstelling voorspellen bij welke situatie er vloeistof zal ontstaan. De Gasunie vindt dat van groot belang, want door het mengen van Gronings gas met Noordzeegas verandert die samenstelling nogal eens. Het gasbedrijf voert momenteel dure meetprogramma's uit om te kijken of de Delftse voorspellingen in de praktijk uitkomen. De voorlopige resultaten stemmen de wetenschappers tot grote tevredenheid.

De bemoeienissen van de Delftse onderzoekers hebben inmiddels op een ander terrein ook al tot opmerkelijk resultaat geleid. Gastechnici hadden de gewoonte om de kwaliteit van een gasmengsel onder andere te bepalen aan de hand van het dauwpunt, dat is de combinatie van druk en temperatuur die resulteert in vloeistofvorming. ''Dat dauwpunt blijkt helemaal geen goede maat'', zegt Peters. ''Theoretisch is het allemaal wel juist, maar ons onderzoek wees uit dat die condensatie in het begin nog helemaal niets voorstelt.''

Al uitleggend kunnen de twee chemici er niet onder uit een en ander met behulp van een grafiekje toe te lichten. De Swaan Arons tekent twee lijnen, een voor water en een voor gas, die aangeven hoeveel er van de stof condenseert als de temperatuur daalt.

Bij water heeft de lijn een knik, een duidelijke, abrupte overgang. ''Eerst gebeurt er helemaal niets'', legt de professor uit, ''maar voorbij het dauwpunt ontstaat er al snel een flinke hoeveelheid vloeistof''. Behalve in een grafiek valt dat ook in de natuur waar te nemen: als 's avonds de temperatuur daalt, kan er beneden het dauwpunt plotseling een forse mist komen opzetten.

Aardgas heeft niet zo gauw last van mistvorming. Voorbij het dauwpunt ontstaat maar een heel klein beetje vloeistof. Pas bij veel lagere temperatuur buigt de lijn van De Swaan Arons omhoog en begint de condensatie dus vervelende vormen aan te nemen.

''Dat punt is daarom voor de praktijk veel relevanter'', zegt Peters. En dus hebben de gastechnologen hun dauwpunt ingeruild voor de potential hydrocarbon liquid content, die met het Delftse model uitstekend te bepalen valt.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden