Verbranding van fossiele brandstof voorkomens: inventarisatie, ontwerp en evaluatie van instrumentele opties

Ongecontroleerde verbranding van steenkool en organische leisteen voorraden

Deze studie, uitgevoerd binnen het kader van de Wetenschappelijke Assessment en Beleidsanalyse voor klimaatverandering programma (WAB), heeft betrekking op een ongecontroleerde verbranding van kolen en organische schalie afzettingen. Een kolenbrand wordt gedefinieerd als een brandende of smeulende kolenlaag of steenkool afval. Kolenbranden worden gemeld uit China, India, de Verenigde Staten, Australië, Indonesië en andere landen. Kolenbranden kunnen natuurlijk ontbranden of door menselijke invloed, terwijl de laatste in de meeste gevallen de oorzaak is van de ontbranding van de kolen.

In deze studie zijn vier thema’s in het kader van ongecontroleerde verbranding van steenkool en organisch leisteen nader onderzocht.

In-situ en laboratorium modellering van verbranding van fossiele brandstoffen

Het convectie en verbrandingsmodel dat werd ontwikkeld voor ondergrondse kolenbranden is gebruikt om om de spontane verbranding van een olieschalie klif in de buurt van Kimmeridge Bay (Zuid Engeland) te simuleren. Het geeft een goed inzicht in het in-situ ontbrandings- en verspreidingsgedrag. Toepassing van de resultaten op andere regio’s in de wereld, en op steenkool voorkomens is mogelijk als lokale geologische condities en petrofysische parameters bekend zijn. Daarnaast is het lokale klimaat ook een belangrijke factor. Derhalve blijft het zeer moeilijk om tot een wereldwijde schatting van de CO₂ bijdrage van brandende fossiele brandstof voorkomens te komen. Om deze reden is het noodzakelijk om tot een gezamenlijke inventarisatie van steenkool voorkomens en klimaatzones te komen. Schatting van de bijdrage aan de wereldwijde uitstoot van CO₂ door brandende fossiele koolwaterstof voorkomens is alleen mogelijk als zowel de klimaat omstandigheden als de (seizoensgebonden) branden gecorreleerd en gekwantificeerd kunnen worden.

Case studies in China, met gedetailleerde tabellen over het verlies van steenkool in de mijnen van de provincies Ningxia, Inner Mongolia en Xinjiang

In deze studie wordt een overzicht gegeven over onderzoek gerelateerd aan spontane steenkoolbranden over de laatste 2 decennia. Daarnaast worden nieuwe tabellen gepresenteerd die zijn samengesteld door de Chinese steenkoolmijn autoriteiten. Er bevinden zich 37 steenkoolbranden in de provincie Ningxia, 14 hiervan zijn geblust. De totale hoeveelheden voor de provincie Inner Mongolia worden geschat op 64 individuele steenkool branden. In de provincie Xinjiang heeft men tot nu toe 8 steenkool brandhaarden gestopt in de laatste 50 jaar en op dit moment werkt men aan 31 steenkoolbranden. Het steenkoolbrand bestrijdingsteam in Xinjiang heeft in 1995 een plan gemaakt om alle steenkoolbranden tegen 2015 te beëindigen, in plaats van het originele plan per 2020.

De bestrijdingsteams voor kolenbranden in China schatten dat de verbrande hoeveelheden steenkool te wijten aan fossiele brandstoffen branden in Xinjiang, Ningxia, Binnen-Mongolië respectievelijk 13,5 miljoen ton (Mton), 2 Mton, en 4,5 Mton bedragen.

De mogelijkheid van automatische detectie van thermale anomalieën in normaal verkrijgbare remote sensing data

Op dit moment is er nog geen routine methode om de ontwikkeling van steenkoolbranden te kwantificeren met behulp van aardobservatie, maar het is wel mogelijk het bestaan en de relatieve grootte te bepalen door middel van (semi)automatische beeldverwerkings algoritmes en convectie modellering op basis van geotechnische data. De conclusie is dat de koppeling tussen fysische modellen van in-situ steenkoolbrand en monitoring met behulp van aardobservatie nog niet gemaakt kan worden.

Een schatting van broeikasgas emissie

De bovengrens voor CO₂ uitstoot van steenkoolbranden in China is niet hoger dan 100 Mton (incl. CH₄), dat is 0.38% van het wereldwijde jaarlijkse CO₂ budget ten gevolge van menselijke activiteiten. De auteurs nemen aan dat deze waarde nog te hoog is en schatten dat het steenkool verlies direct ten gevolge van de branden niet meer is dan 10 Mton. Dit geefteen bovengrens voor CO₂ uitstoot van 25 Mton (48 Mton incl. methaan), en dat is 0.096% (resp. 0.18%) van het werledwijde jaarlijkse menselijk veroorzaakte CO₂ budget.

Uitgaande van de wereldwijde steenkool reserves en steenkoolproductie cijfers, en tevens van de klimaatzones, concludeert deze studie dat de wereldwijde uitstoot van CO₂ ten gevolge van ongecontroleerde verbranding niet meer kan zijn dan 4 maal de waarschijnlijke uitstoot in China. Deze bovengrens is 100 Mton (192 Mt inclusief mogelijke CH₄), wat overeenkomt met 0,4% (0,7% inclusief methaan) van het wereldwijde jaarlijkse menselijk veroorzaakte CO₂ budget. De meeste branden zijn geconcentreerd in een beperkt aantal landen, waardoor hun aandeel in CO₂-uitstoot door kolenbranden aanzienlijk toeneemt.

Clean Development Mechanism (CDM)

Momenteel wordt onderzocht of er mogelijkheden zijn om het grote aantal kolenbranden in het noordoosten van India en west en noord-centraal China te blussen. Verplichting tot het verkrijgen van CDM-certificaten is een basisniveau definitie voor kolenbrand gerelateerde uitstoot van broeikasgassen, die nog moet worden vastgesteld. Het moet bekend zijn hoeveel CO₂-equivalent emissies een bepaalde steenkool brand uitstoot naar de atmosfeer binnen een bepaalde tijd. Gebaseerd op een dergelijke baseline kan een bedrijf de juiste credits krijgen voor het blussen van deze branden. Dergelijke baselines zijn een dringende noodzaak, vooral in China en India.