(Fr.: gaz natural; Du.: Erdgas, Naturgas; Eng.: natural gas), mengsel van vluchtige koolwaterstoffen en andere gassen, die zich onder bepaalde omstandigheden als vulling van poriën en kleine spleten in de aardkorst kunnen ophopen.
Oorsprong en voorkomen zijn meestal verwant aan die van aardolie (zie Petroleum). Soms is aardgas echter uit of met behulp van vaste koolwaterstoffen, bijv. die van steenkool en veen, ontstaan; ook aardgas van vulkanische oorsprong komt voor. Aardgas kan langs natuurlijke weg aan de oppervlakte ontwijken, bijv. via spleten. Dit gaf reeds in de oudheid aanleiding tot het ontstaan van ‘eeuwige vuren’ en vuuraanbidding, bekend uit het Kaukasische gebied. Normale winning vindt echter plaats (analoog de petroleumwinning) door middel van boorgaten.
Beperkt men zich tot het belangrijkste type aardgas, nl. het type dat verwant is aan petroleum, dan kan gezegd worden dat dit is ontstaan door chemische omzetting van afgestorven organismen op de zeebodem, vervolgens gemigreerd naar poreuze gesteenten en opgehoopt in de hoogst gelegen gedeelten daarvan. Aardgas is dan de benaming voor de vluchtige bestanddelen die bij de vorming van petroleum zijn ontstaan: het komt in principe samen met petroleum voor: men spreekt dan van nat aardgas. In sommige gevallen bevindt alle gas zich onder ondergrondse condities in de olie opgelost en komt daaruit pas tijdens de winning door drukverlaging vrij. Is meer gas aanwezig dan onder de bestaande druk in oplossing kan verblijven, dan bevindt zich vrij gas boven de olie in het gesteente (de gaskap). In weer andere gevallen is uitsluitend gas aanwezig (zuiver gas veld); men noemt dit droog aardgas, ook wanneer daarin waterdamp aanwezig mocht zijn.
Een bijzonder soort gasveld, dat op grotere diepte voorkomt, is het zgn. condensaatveld: een schijnbaar zuivere gasaccumulatie, waarin zich echter ook vloeibare componenten onder superkritische condities in het gas opgelost bevinden. Uit dergelijke gassen komt tijdens de winning door drukverlaging lichte olie vrij (condensaat).
Aardgas wordt, zoals uit het voorgaande blijkt, meestal in dezelfde gebieden gevonden als petroleum. Petroleum kan onder hoge druk het tien- tot honderdvoud of meer van haar eigen volume aan aardgas in oplossing bevatten. Ook als het gas zonder olie voorkomt speelt de druk een belangrijke rol in verband met de porositeit van het reservoirgesteente: op een diepte van 2000 m waar een druk van ca. 200 maal de atmosferische druk (ca. 20 MPa = 2 × 10 12 N m−2) heerst, neemt bijv. 50 m3 aardgas van atmosferische druk een ruimte in van 50/200 m3 = 0,25 m3; als de porositeit van het reservoirgesteente 25% bedraagt is 50 m3 aardgas van atmosferische druk dus opgeslagen in slechts 1 m3 gesteente op 2000 m diepte.
De wijze van aanboren van een aardgaslaag komt geheel overeen met die van de aanboring van een olielaag: meestal weet men vooraf niet wat men zal aantreffen. Heeft men een gaslaag aangeboord, dan kunnen geologen bij benadering de aanwezige voorraad berekenen; men onderscheidt hierbij de aangetoonde (proved), vermoedelijke (probable) en mogelijke (possible) reserve; tevens zie Energiebronnen.
SAMENSTELLING.
Aardgas bestaat in hoofdzaak uit methaan CH4 en heeft daarnaast een lager gehalte aan verzadigde koolwaterstoffen zoals ethaan C2H6, propaan C3H8, butaan C4H10 enz. Verder komen in geringe hoeveelheden voor o.a. benzeen C6H6 en tolueen C7H8, en kunnen aanwezig zijn de componenten waterstofsulfide H2S, koolstofdioxide CO2, stikstof N2, zuurstof O2 en mercaptanen als methaanthiol CH3SH, ethaanthiol C2H5SH enz. De gemiddelde samenstelling van aardgas van verschillende velden kan zeer uiteenlopen; ook de samenstelling van een bepaald veld is in geringe mate variabel. Van het Groningse aardgas (Slochteren en
omgeving) is het volumegehalte van methaan gemiddeld ca. 81,3%, van stikstof 14,35%, van ethaan 2,85%; het gas is zeer schoon, d.w.z. het zwavelgehalte is laag (ca. 7,5 mg m−3).
EIGENSCHAPPEN.
Van de verbrandingseigenschappen van het Groningse aardgas geeft de tabel een overzicht. De praktische verbrandingswaarde ligt in tussen de in de tabel opgegeven onderste en bovenste verbrandingswaarde en is o.a. afhankelijk van de constructie van de toegepaste brander.
TABEL Verbrandingseigenschappen van aardgas
bovenste verbrandingswaarde (bij 0 °C; 1013 mbar) 42,08 MJ kg−1
onderste verbrandingswaarde (bij 0 °C; 1013 mbar) 37,98 MJ kg−1
dichtheid (bij 0 °C; 1013 mbar) 0,8333 kg m−3
relatieve dichtheid (t.o.v. lucht) 0,644
luchtbehoefte (droge lucht, bij 20 °C en 1013 mbar)
per volume gas 8,41 m3 m−3
luchtbehoefte (50% luchtvochtigheid, bij 20 °C
en 1013 mbar) per volume gas 8,51 m3 m−3
vlampunt (ontvlammingstemperatuur) ca. 670 °C
temperatuur van de vlam (met lucht) 1860 °C
temperatuur van de vlam (met zuurstof) 2720 °C
explosiegrenzen in lucht (volumegehalte bij 0 °C
en 1013 mbar) 5,8…15,9%
max. verbrandingssnelheid ca. 300 mm3 s−1
volume vochtig rookgas per volume gas 9,53 m3 m−3
Voordelen van aardgas, in vergelijking met andere brandstoffen, zijn:
1. het wordt meestal in een zwavelvrije kwaliteit aangetroffen, zo niet dan kan het gemakkelijk worden gereinigd;
2. het verbrandt compleet, laat geen as achter en geeft slechts minimale luchtverontreiniging;
3. het vergt geen opslagplaats bij de gebruiker;
4. het laat zich uitstekend gebruiken als grondstof voor chemische produkten (zie Petrochemische industrie).
Nadelen zijn:
1. het is typisch een brandstof voor aan een vaste plaats gebonden verbruikers (echter wordt het hier en daar, o.a. in Italië en recent in Groningen, opgeslagen in lage-drukcilinders, als autobrandstof gebruikt; de actieradius van de voertuigen is echter gering);
2. het transport is relatief duur; om een gelijke hoeveelheid energie aan te voeren heeft men, vergeleken met petroleum, een leiding met viermaal zo grote diameter nodig. Bij transport van vloeibaar gemaakt aardgas vergt een equivalente hoeveelheid, vergeleken met petroleum, een tweemaal zo grote tanker; hierbij komen additionele kosten voor het vloeibaar maken tot −160 °C en voor het herverdampen aan het eindpunt van het transport.
BIJDRAGE IN DE ENERGIEVOORZIENING.
Aardgas dekt ca. 20% van de energiebehoeften van de wereld (zie ook Energieverbruik). Het wereldverbruik aan aardgas bedroeg in 1965 ca. 0,685 × 1012 m3, in 1972 ca. 1,215 × 1012 m3. Schattingen van de wereldaardgasreserves beliepen medio 1973 een totaal van 58 × 1012 m3, waarvan 4,9 × 1012 m3 in West-Europa (bron: Annuaire de l’Europe petrolière, 1973).
Tevens zie Energiebronnen.
In concurrentie met andere fossiele energiedragers is aardgas alleen van belang voor de economie van een land indien het land beschikt over een aanzienlijke gashoeveelheid in eigen bodem, of op korte afstand, en indien het industrieel ontwikkeld is. Voor de Verenigde Staten en Nederland zijn de omstandigheden wat dit betreft heel gunstig, voor de buurlanden zijn zij reeds ongunstiger en voor landen als Japan met veel industrie en weinig eigen velden liggen de omstandigheden zeer moeilijk.
TOEPASSINGEN.
Economisch bezien is de toepassing van aardgas als brandstof ten opzichte van andere fossiele energiedragers het meest voordelig indien de installaties, waarin het wordt toegepast, niet continu op volle capaciteit draaien; het wordt vooral toegepast voor verwarmingsdoeleinden (huishoudelijk en industrieel) in o.a. heetwaterapparatuur, kooktoestellen, verwarmingsapparatuur (centrale verwarming, gaskachels enz.). Ook agrarisch wordt aardgas voor verwarming gebruikt (kassen); voorts kan men door zeer zorgvuldige verbranding verkregen koolstofdioxide in de kas leiden, waardoor de assimilatie der gewassen sterk wordt bevorderd en aanzienlijk hogere opbrengsten worden verkregen. Het industrieel gebruik is aanmerkelijk groter dan het huishoudelijk gebruik, waarbij men bij industrieel gebruik niet alleen moet denken aan de toepassing als brandstof, maar ook als grondstof voor vele produkten. Belangrijk is de toepassing voor de bereiding van o.a. roetzwart (carbon black), methanol, formaldehyde (grondstof voor o.a. kunststoffen), waterstof, ammoniak (koelsystemen ijsbanen, grondstof bereiding kunstmeststoffen) en ethyleen (o.a. kunststoffen). Voor deze laatst genoemde synthesedoeleinden is de samenstelling van het Europese aardgas ongunstig (vrijwel zuiver metaal); in de Verenigde Staten bijv., waar in het aardgas naast metaal ook ethaan voorkomt heeft deze toepassing een grote vlucht genomen.
Recent wordt (o.a. in Nederland) getracht met aardgas als grondstof tot fabriekmatige microbiële synthese van eiwitten te komen (toepassing als veevoeder). Hoewel de toepassingsmogelijkheden van aardgas sterk afhankelijk zijn van de prijs ten opzichte van bijv. petroleum, is het voordeel van aardgas dat het vrij zuiver is waardoor er relatief weinig bewerkingen behoeven te worden uitgevoerd en het gebruik weinig verontreiniging van het milieu tot gevolg heeft.