Stel je een luchtbed voor waar langzaam de lucht uit loopt terwijl er iemand op ligt. Het zakt niet overal even diep in, en op de plekken waar het ene deel sterker daalt dan het andere, komen naden en plooien onder spanning te staan. Ongeveer zo gaat het in de diepe ondergrond van Groningen. Decennialang werd aardgas uit het poreuze gesteente gehaald, en nu de winning is beëindigd, blijft een reservoir achter dat een groot deel van zijn oorspronkelijke druk kwijt is. De vraag die TNO heeft onderzocht, ligt daarom voor de hand: wat gebeurt er als je dat luchtbed een stukje terug oppompt, alleen dan met stikstof in plaats van aardgas?
De bevingen in de provincie hebben een duidelijke mechanische oorzaak. Toen het gas verdween, verloor het zandsteen zijn tegendruk tegen het gewicht van alle lagen die erbovenop rusten. Het reservoir werd samengeperst, maar niet gelijkmatig. Waar de ene zone sterker inklinkt dan de andere, hopen spanningen zich op rond breuken diep onder de grond. Komen die spanningen in één keer vrij, dan voelen bewoners aan de oppervlakte een schok. Dat de gaskraan inmiddels dicht is, betekent dus niet dat de opgebouwde spanning ook weg is.
Het woord stikstof verdient in dit verhaal een korte toelichting, want het heeft niets te maken met de discussie over boerenbedrijven en natuurgebieden. Daar gaat het om reactieve verbindingen zoals ammoniak en stikstofoxiden. In het Groningse onderzoek draait het om gewoon stikstofgas, het kleurloze en reukloze gas dat ruim driekwart van de lucht om ons heen vormt. Het brandt niet en gaat nauwelijks chemische reacties aan. Juist die rustige eigenschappen maken het geschikt om ondergronds de rol van drukmiddel over te nemen.
Het onderzoek maakt deel uit van KEM-24b, een project binnen het Kennisprogramma Effecten Mijnbouw. Er is daarbij geen gram stikstof werkelijk de grond in gegaan. De onderzoekers werkten uitsluitend met computermodellen van het gasveld die TNO zelf ontwikkelt en onderhoudt. In alle scenario’s gingen zij ervan uit dat de winning uit het Groningen-veld voorgoed tot het verleden behoort en niet meer wordt hervat.
Aan de ene kant van de weegschaal ligt het effect waarop de wetenschappers hopen. Extra gas in het reservoir tilt de druk gedeeltelijk op en geeft het samengeperste gesteente een deel van zijn steun terug, waardoor breuken minder snel geneigd zijn plotseling te verschuiven. Aan de andere kant ligt een risico dat niet mag worden weggewuifd. Het injecteren kan het gesteente rond de put sterk laten afkoelen, en zo’n lokaal temperatuurverschil veroorzaakt op zijn beurt nieuwe spanningen. Rond de injectieplek zijn daardoor juist extra bevingen denkbaar.
Beide processen zijn eerst apart bestudeerd en daarna in samenhang doorgerekend. De gecombineerde analyse heeft een beoordeling door vakgenoten doorstaan en is verschenen in het wetenschappelijke tijdschrift Natural Hazards and Earth System Sciences.
De balans slaat daarbij duidelijk naar één kant door. Volgens de modellen weegt de winst van de hogere druk ruimschoots zwaarder dan het nadeel van de afkoeling rond de put. Wie stikstof injecteert, krijgt in de berekeningen per saldo minder aardbevingen dan wanneer het reservoir met rust wordt gelaten. Hoe groot dat verschil uitvalt, hangt vooral af van twee keuzes: op welke plek de stikstof wordt ingebracht en hoeveel ervan het veld in gaat.
Voor Groningers is vooral de volgende stap in de berekening interessant. Minder bevingen leiden in de modellen ook tot minder woningen en andere panden die niet aan de veiligheidsnorm voldoen, en TNO noemt die afname significant. In een provincie waar de versterkingsoperatie al jaren voor onzekerheid en frustratie zorgt, kan dat een wezenlijk verschil betekenen.
De uitkomsten komen uit de Modelketen Groningen, een softwarepakket met open broncode dat TNO beheert. Het werkt als een reeks aan elkaar gekoppelde schakels. De eerste schakel is de gasdruk diep in het reservoir. Daaruit volgt een verwachting van bevingen, daaruit weer de trillingen aan het maaiveld, vervolgens de schade aan bebouwing en tot slot de kans dat iemand in zo’n gebouw om het leven komt. Omdat de code openbaar is, kunnen onafhankelijke onderzoekers nagaan hoe de getallen tot stand komen. In een dossier waarin het vertrouwen tussen overheid en bewoners zwaar is beschadigd, is die controleerbaarheid allesbehalve een detail.
TNO speelt al lang een centrale rol in het wetenschappelijke werk rond Groningen, van het voorspellen van bevingen tot het inschatten van de gevolgen voor gebouwen. De organisatie adviseert het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat en wordt op verzoek geraadpleegd door onder meer de Nationaal Coördinator Groningen, het Instituut Mijnbouwschade Groningen en het Adviescollege Veiligheid Groningen. Achtergrond over deze onafhankelijke kennisinstelling vind je in ons artikel over de bijzonderheden van TNO.
Toch zou het voorbarig zijn om nu al boorinstallaties richting het gasveld te zien trekken. De studie laat vooral zien dat de ondergrond het idee toelaat. Of het ook in de praktijk uitvoerbaar is, is een heel andere kwestie. Zo gaf het onderzoek geen antwoord op de vraag waar genoeg stikstof vandaan moet komen. Ook bleef buiten beschouwing welke voorzieningen er aan de oppervlakte nodig zijn om het gas de diepte in te sturen en wat zo’n operatie uiteindelijk zou kosten.
Juist die praktische vragen zullen bepalen of het plan ooit de rekenmodellen verlaat. Een methode die op papier werkt, moet in een zwaar getroffen regio ook betaalbaar, uitvoerbaar en uit te leggen zijn aan de mensen die er wonen.
Het onderzoek laat wel zien hoe het denken over Groningen verandert. Jarenlang ging het gesprek over de vraag hoeveel gas er nog uit de grond mocht. Nu schuift de aandacht op naar wat er misschien terug in moet om de gevolgen van die winning te beperken. Voorlopig is stikstofinjectie een zorgvuldig doorgerekende hypothese, getoetst door vakgenoten. Voor een regio die al zo lang wacht op rust in de bodem, is dat een voorzichtig hoopvol vertrekpunt.