Bij de verbranding van aardgas reageert methaan (CH₄) met zuurstof (O₂) tot kooldioxide (CO₂) en water (H₂O). De vergelijking is: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Dit is een zogenaamde verbrandingsreactie waarbij energie vrijkomt in de vorm van warmte en licht. Aardgas bestaat voor het grootste deel uit methaan, dus deze vergelijking dekt de praktijk goed.
Wat er precies gebeurt bij de verbranding van aardgas
Methaan is een koolwaterstof: één koolstofatoom (C) met vier waterstofatomen (H). Bij verbranding reageert elk methaanmolecuul met twee zuurstofmoleculen. De koolstof bindt zich aan twee zuurstofatomen en vormt CO₂. De vier waterstofatomen vormen samen met de resterende zuurstofatomen twee watermoleculen (H₂O). Per mol verbrand aardgas ontstaat dus 1 mol CO₂ en 2 mol water.
Die verhouding is belangrijk om te begrijpen. Verbranding van aardgas levert relatief veel water op, zeker vergeleken met kolen of olie. Bij een cv-ketel zie je dit terug als condens: het water dat vrijkomt bij verbranding wordt in een hr-ketel (hoog-rendement ketel) deels teruggewonnen om extra warmte te benutten.
Volledige en onvolledige verbranding
De vergelijking hierboven beschrijft de volledige verbranding. Daarvoor is voldoende zuurstof nodig. Gaat de zuurstoftoevoer tekort, dan is er sprake van onvolledige verbranding. In dat geval ontstaat naast CO₂ ook koolmonoxide (CO) en soms roet (koolstofdeeltjes). De vergelijking bij onvolledige verbranding ziet er dan deels zo uit: 2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O.
Koolmonoxide is een kleur- en reukloos gas dat gevaarlijk is voor mensen en dieren. Een slecht afgestelde of vervuilde brander, of een verstopte luchttoevoer, verhoogt het risico op CO-productie. Dat is de reden dat cv-ketels en gasbranders regelmatig onderhoud nodig hebben en dat een CO-melder in huis sterk wordt aanbevolen.
De energie die vrijkomt
Verbranding van aardgas is exotherm: de reactie geeft energie af. De verbrandingswaarde van aardgas ligt rond de 35 tot 40 megajoule per kubieke meter, afhankelijk van de samenstelling. Gronings aardgas heeft een iets lagere energiedichtheid dan het hoogcalorische aardgas (H-gas) dat nu in Nederland wordt gedistribueerd. Dat verschil speelt een rol bij de afstelling van branders en ketels.
In een cv-ketel wordt die vrijgekomen warmte overgedragen aan water, dat vervolgens door de radiatoren stroomt. Een hr-ketel haalt ook warmte uit de waterdamp die bij verbranding ontstaat, door die damp te laten condenseren. Daarmee stijgt het rendement tot soms meer dan 100% van de onderste verbrandingswaarde, wat klinkt als een paradox maar simpelweg betekent dat ook de condensatiewarmte wordt benut.
CO₂-uitstoot per kubieke meter aardgas
Elke kubieke meter aardgas stoot bij verbranding ongeveer 1,8 kg CO₂ uit. Dat getal is nuttig als je wil berekenen hoeveel CO₂ je huishouden uitstoot via gasverbruik. Verbruikt een gemiddeld huishouden zo’n 1.500 kubieke meter gas per jaar, dan komt dat neer op circa 2.700 kg CO₂. Dit is dan ook een van de redenen waarom overheden en milieuorganisaties inzetten op alternatieven zoals warmtepompen en all-electric woningen.
Stikstofoxiden als bijproduct
Naast CO₂ en water komen bij de verbranding van aardgas ook kleine hoeveelheden stikstofoxiden (NOₓ) vrij. Dat komt doordat de stikstof in de verbrandingslucht bij hoge temperaturen kan reageren met zuurstof. Hoeveel NOₓ er precies vrijkomt, hangt af van de verbrandingstemperatuur en het type brander. Moderne lage-NOₓ-branders zijn zo ontworpen dat ze de verbrandingstemperatuur beheersen en daarmee de NOₓ-uitstoot beperken. Dit speelt onder meer een rol bij de luchtkwaliteitsnormen die gelden voor verwarmingsinstallaties.
De verbranding van aardgas is chemisch gezien de schoonste fossiele verbranding die er is: de koolstofketen is kort, er ontstaat geen roet bij goede verbranding, en de CO₂-uitstoot per eenheid energie is lager dan bij steenkool of stookolie. Toch is en blijft het een fossiele brandstof die CO₂ uitstoot. Wie dat wil beperken, kijkt naar groen gas (biomethaan) of stapt over op elektrische alternatieven.
