GEOCHEMIE/Gips kan de krik worden die Nederland droog houdt
Als geochemicus prof. dr. R. D. Schuiling het wel heeft, kreeg Friesland enkele weken geleden een voorproefje van wat hij met een deel van Nederland zou willen uithalen. Even voordat de Stichting voor technische wetenschappen (STW) besloot hem zeven ton subsidie te verstrekken voor onderzoek naar een manier om land te laten rijzen, verraste een geheimzinnige knal het noorden. Een supergeheim vliegtuig? Welnee: gips!
BAS DEN HOND7 oktober 1992, 00:00
" Ik wil me eigenlijk niet in een controverse begeven" , grinnikt de hoogleraar. "Maar ik combineer gewoon dingen waarvan ik iets weet. In het noorden, waar de bodem daalt door de gaswinning, zijn er een paar plaatsen waar die juist stijgt, tegen de trend in. Toevallig of niet vindt die stijging plaats in de buurt van reinjectieputten, waar water dat bij de gaswinning is vrijgekomen, weer in de grond wordt gestopt. In Friesland zit in de ondergrond ook anhydriet, dat weten we. Dan ga je vanzelf aan een anhydrietgips overgang denken!"
Even de scheikunde achter de glimlach. Anhydriet en gips zijn allebei chemische verbindingen waarin kalk de hoofdrol speelt en die her en der diep onder de grond van nature voorkomen. Maar bij anhydriet ontbreekt iets - klassiek geschoolden raden het al uit de naam - wat in gips wel zit: water.
En dat maakt veel uit: een kilo anhydriet heeft ruwweg hetzelfde volume als een kilo kalk, maar een kilo gips neemt twee keer zoveel plaats in. Soms vlijt kalk zich graag in de anhydrietvorm tegen andere elementen aan, soms liever als gips. Onder de grond hangt die keuze af van de temperatuur.
En dat bracht Schuiling op zijn idee: "Het gereinjecteerde water is sinds het uit de grond kwam flink afgekoeld. Het weer terugstoppen van koud water verandert het evenwicht onder de grond: opeens komt daar gips te zitten in plaats van anhydriet en dat zorgt voor een enorme druk. Die druk probeert de omringende stijve kalkplaat te deformeren en die barst: daar heb je de knal. De beweging van de plaat is voornamelijk omhoog, dus dat het KNMI geen seismisch signaal heeft gezien, kan wel kloppen."
Gips is het dus wat ze Friesland de grize oer de grouwe (de rillingen over de rug) deed lopen. En gips is ook de krik waarmee Schuiling bedreigde stukken Nederland een streepje hoger op de geologische kaart wil zetten. Een Noordhollandse duinenrij bij voorbeeld. Je maakt daar een boorgat tot in de kalklaag, rond de vijfhonderd meter diep. Een paar flinke slokken zuur erin - liefst afvalzuur vol zware metalen, dat een of andere fabrikant toch kwijt moet - en een navenante hoeveelheid kalksteen verbindt zich voor de eeuwigheid tot gips. Zuur weg, metalen neergeslagen, kalksteen uitgedijd, bovenliggende lagen opgetild en de zee teruggewezen: simpeler kan het niet.
Wakker
"Ik heb niet vaak dat ik wakker word met een kant-en-klaar idee in mijn hoofd, maar dat is me in mei 1988 hiermee overkomen" , herinnert Schuiling zich. "Ik was met wat losse dingen bezig. Afvalzuren met zware metalen erin die destijds in zee werden geloosd, of met kalk verbonden tot vervuild gips. Ik had daar zelf een beter proces voor bedacht. En ik was bekend met de toestand van Nederland: hoe we samen met Scandinavie kantelen als een plank die drijft op taaie stroop, zij omhoog en wij omlaag. Samen met andere oorzaken, zoals het inklinken van onze bodem en de lokale bodemdaling door gaswinning, geeft dat problemen bij de zeewering. En zuur op kalksteen spuiten, dat heb ik vaak gedaan."
"Het is een rare ervaring. Ik heb liggen lachen in mijn bed: dit is te gek, dit kan natuurlijk niet, ik moet hier mijn mond over houden. Maar tegelijkertijd was ik er snel van overtuigd dat de theorie waterdicht was. Eerst ben ik er maar eens mee begonnen als borrelpraat op feesten en partijen. Maar ik had de merkwaardige ervaring dat technisch georienteerde mensen al gauw potlood en papier pakten om uit te rekenen of het uitvoerbaar was. Toen werd ik wat serieuzer, is er patent op aangevraagd en zijn we ermee naar buiten gekomen."
Het patent is inmiddels verleend, zoals dat gaat, aan de Universiteit Utrecht. Die het een paar maanden geleden voor niemendal overdeed aan Grondmechanica Delft, partner van de vakgroep van Schuiling in het nu door STW gesubsidieerde onderzoek. "Voor de universiteit was het niets waard. In de tweede helft van de jaren tachtig hebben veel universiteiten zich willen profileren als zakelijke instellingen. Alleen Twente is dat denk ik ook gelukt, Groningen en Wageningen enigszins. Bij de rest is het weggeebt. Die hebben ingezien dat een universiteit wel een geschikte plek is om ideeen te ontwikkelen, maar niet om ze te commercialiseren. Het ontbreekt aan de kennis op dat terrein."
Zandrug
Nieuwe ideeen waar Schuiling nog eens mee wakker hoopt te worden, brengt hij liever direct bij het bedrijfsleven, in ruil voor onderzoekopdrachten en later een aandeel in de winst. En met het opheffen van landmassa's door zuurinjectie is het toch nog goedgekomen. Met het geld van STW kan hij het gedrag van gips in de ondergrond uitgebreid gaan doorrekenen en kan Grondmechanica in grote centrifuges kalksteenbrokken gaan rondslingeren om de berekeningen te controleren.
"Er zijn natuurlijk wel bezwaren tegen het plan in te brengen, maar dat zijn juist de dingen die ik graag zelf wil onderzoeken. Wat gebeurt er rond het injectiepunt? Kristalliseert de kalksteen direct dicht? En stel dat je het zuur er wel goed door krijgt, hoe verloopt dan de opheffing? Als eerste effect krijg je een elastische spanning, die zich snel zal moeten vertalen in echte vervorming. Maar waarheen? Als de kalksteen naar opzij wegschuift, heb je niet veel, dan kun je aan het pompen blijven."
Mocht het idee dit eerste onderzoek overleven, dan ziet Schuiling als eerste toepassing het scheppen van een lage zandrug dicht voor de kust: "Ik wil aansluiten bij wat Rijkswaterstaat doet. Die gaan op bepaalde plaatsen zand in zee storten dat vervolgens via de stroming naar het strand moet gaan, zodat er minder afslag is. Als ik de zeebodem op net zo'n plaats verhoog boven het natuurlijke profiel, zal het zand daar wegspoelen tot het hoogteverschil weer opgeheven is. In feite heb ik op die manier zand geleverd."
Maar als Rijkswaterstaat wil, mag die de nieuwe ondiepte ook met stenen of matten proberen te beschermen. Dan is het meest aansprekende gevolg van Schuilings idee, een plek waar door mensenhanden blijvend en zichtbaar de geologische opbouw van Nederland is bijgesteld, werkelijkheid geworden. Heeft hij geen twijfels over de toelaatbaarheid van zo'n techniek?
"Nee, want ik werk op honderden meters diepte, waar je alleen maar die kalklaag hebt en stagnerend zout water. Ik verander daar bovendien niets aan, behalve dat ik het iets naar boven breng, en daar kan ik niet wakker van liggen."
"Het is wel erg onomkeerbaar, dat is waar. Zelfs op de geologische, dus zeer lange tijdschaal zul je niet verwachten dat gips weer kalksteen wordt. Hoogstens verdwijnen door erosie ooit alle bovenliggende lagen en komt over miljoenen jaren het injectiepunt met de daar neergeslagen zware metalen aan de oppervlakte te liggen. De mensen zullen zich dan zeer verbazen over die cilindervormige ertsformaties."