Een gesloten CO₂-lus op 2.500 meter diepte: doorbraak voor aardwarmte of nog vooral een proef?

China’s eerste operationele geothermieproject met superkritische CO₂ is geen elektriciteitscentrale, maar een demonstratie voor verwarming. China Huaneng bracht de installatie op 19 mei 2026 in bedrijf in Zhengzhou. Een afgesloten leidingcircuit reikt ongeveer 2.500 meter diep, waar CO₂ warmte opneemt uit het omringende gesteente. Aan het oppervlak geeft de terugkerende CO₂ die warmte af aan een apart watercircuit voor de centrale verwarming van woningen. 613

De betekenis van het project zit vooral in het principe: aardwarmte winnen zonder grondwater op te pompen. De resultaten zijn echter een vroege operationele mijlpaal, geen bewijs dat gesloten geothermie nu al goedkope, 24 uur per dag beschikbare elektriciteit kan leveren.

Zo werkt de installatie in Zhengzhou

De put heeft een coaxiale opbouw met twee stromingspaden. Relatief koude, onder druk gebrachte CO₂ gaat via het ene pad naar beneden. Het opgewarmde gas komt via het andere pad terug naar het oppervlak. Op diepte stroomt warmte vanuit het gesteente door de putconstructie naar de circulerende CO₂. Boven de grond wordt die warmte overgedragen aan water dat voor de stadsverwarming wordt gebruikt. De CO₂ blijft daarbij in de gesloten kringloop en komt niet in contact met het gesteente of het grondwater. 6713

Dat verschilt van conventionele hydrothermale geothermie. Daarbij wordt natuurlijk warm water uit een doorlatend ondergronds reservoir opgepompt en doorgaans na gebruik weer geïnjecteerd. Een gesloten systeem kan daarentegen warmte uit gesteente benutten, ook op plekken waar de natuurlijke grondwaterstroming te gering is voor een open geothermisch systeem.

Waarom CO₂ en geen water?

Het project gebruikt superkritische CO₂ als warmtedragend medium. Onder de juiste druk- en temperatuuromstandigheden heeft CO₂ eigenschappen die tussen die van een gas en een vloeistof in liggen: het kan relatief gemakkelijk stromen en tegelijk veel warmte transporteren. Dat is volgens de gerapporteerde technische onderbouwing gunstig voor diepe warmtewisselaars. 613

Opwarming maakt de opstijgende CO₂ bovendien minder dicht dan de koudere CO₂ die naar beneden stroomt. Dat dichtheidsverschil kan een zogenoemd thermosifoneffect veroorzaken: de natuurlijke circulatie wordt dan gedeeltelijk door opwaartse kracht geholpen. Dat kan het pompwerk aan het oppervlak verminderen, maar het maakt pompen en andere bovengrondse apparatuur niet overbodig en garandeert geen lage exploitatiekosten.

Een gesloten CO₂-circuit heeft mogelijk meerdere voordelen:

• er hoeft geen grondwater te worden onttrokken of teruggepompt;
• de werkvloeistof blijft gescheiden van het ondergrondse gesteente;
• problemen met minerale afzettingen en het verwerken van hete pekel kunnen worden beperkt;
• aardwarmte kan mogelijk worden gewonnen in regio’s met heet gesteente, maar zonder voldoende natuurlijke doorlatendheid. 613

Dat zijn voordelen op systeemniveau, geen garantie voor een commercieel rendabele installatie. De warmte moet nog altijd snel genoeg door het gesteente en de putwanden naar de CO₂ stromen om het gewenste vermogen te leveren.

Wat Zhengzhou volgens de beschikbare cijfers bereikt

Volgens openbare berichten komt de CO₂ binnen met een temperatuur van ongeveer 8 °C en keert die terug met ongeveer 22 °C. In vergelijking met een watergebaseerde aanpak zou de warmtewinningscapaciteit met circa 20% zijn toegenomen en het energiegebruik per eenheid geleverde warmte met ongeveer 10% zijn gedaald. De installatie is ontworpen om in de winter meer dan 18.000 vierkante meter aan woonruimte centraal te verwarmen. 3613

Dit zijn bruikbare resultaten voor verwarming, maar ze zeggen niets over elektrische productie. De gerapporteerde retourtemperatuur en het huidige toepassingsdoel passen bij een verwarmingsinstallatie. In de aangeleverde informatie staat niet dat het project elektriciteit opwekt.

Ook de term ‘superkritische CO₂’ vraagt om enige voorzichtigheid. Die term verwijst naar het concept van de werkvloeistof en de druk-temperatuurtoestand binnen het systeem. De publiek beschikbare samenvattingen geven niet het volledige druk- en temperatuurverloop op alle punten onder de grond. Een secundair bericht noemt bovendien andere inlaat- en uitlaattemperaturen. De vaak herhaalde waarde van 8 °C naar 22 °C kan daarom het best worden gelezen als een gerapporteerd bedrijfsresultaat, niet als een complete thermodynamische beschrijving. 34

Kan deze technologie 24 uur per dag elektriciteit leveren?

Aardwarmte is in principe continu beschikbaar, anders dan wind- en zonne-energie die afhankelijk zijn van weer en daglicht. Een gesloten systeem dat diep genoeg in heet gesteente reikt en voldoende vloeistof laat circuleren, zou daarom permanente warmte kunnen leveren en bij hogere temperaturen ook elektriciteit kunnen opwekken.

Zhengzhou laat dat nog niet zien. Voor elektriciteitsproductie zijn een veel grotere warmtestroom en temperaturen nodig die geschikt zijn voor een elektriciteitscyclus. De huidige installatie is gericht op woningverwarming. De bewering dat zij al 24 uur per dag beschikbare geothermische stroom heeft bewezen, zou daarom verder gaan dan het beschikbare bewijs.

De economie vormt een nog grotere kanttekening. Modellen wijzen erop dat gesloten systemen concurrerende kosten voor warmte kunnen bereiken, terwijl concurrerende elektriciteitskosten doorgaans forse verlagingen van de boorkosten vereisen. Een andere studie concludeerde dat gesimuleerde systemen met een reservoirtemperatuur van 180 °C hun totale kosten over de levensduur mogelijk niet terugverdienen, zelfs niet met 30 zijtakken en een productiesnelheid van 75 kilogram per seconde.

Waarom diepere U-vormige putten worden onderzocht

Een coaxiale put heeft een relatief beperkt oppervlak waar warmte kan worden uitgewisseld. Een diepere U-vormige put — ook wel U-loop genoemd — probeert dat oppervlak te vergroten. Daarbij worden twee verticale putdelen verbonden met een lange horizontale sectie door heet gesteente. Die langere ondergrondse route biedt meer contact met de formatie en kan de hoeveelheid overgedragen warmte verhogen.

Zo’n ontwerp richt zich op een fundamentele beperking van systemen met één put: voor een nuttig vermogen zijn voldoende contactoppervlak, temperatuur en stroming nodig, en dat gedurende een lange bedrijfsduur. Daar staat tegenover dat gericht boren, het afwerken van de put en het bewaken van de integriteit ingewikkelder en duurder worden. De aangeleverde informatie bevestigt niet de exacte diepte, prestaties, bouwstatus of kosten van een specifiek dieper Chinees U-loop-project. Het gaat daarom om een ontwikkelrichting, niet om een bewezen commerciële oplossing.

De technische en economische obstakels

De hoofdvraag is niet alleen waar heet gesteente ligt. De echte uitdaging is om daarin een duurzame ondergrondse warmtewisselaar met een hoog vermogen te bouwen — tegen een prijs die de geleverde warmte of elektriciteit kan terugverdienen.

Belangrijke knelpunten zijn:

• de kosten van diepe boringen en gerichte of meervoudige putsecties;
• het creëren van voldoende warmtewisselingsoppervlak onder de grond;
• betrouwbare afdichtingen en putintegriteit bij hoge druk en temperatuur;
• het beheersen van corrosie, warmteverlies en het gedrag van CO₂;
• het voorkomen van thermische kortsluiting tussen de dalende en stijgende stroming;
• de ontwikkeling van boorinstallaties, boorkoppen, ondergrondse meetapparatuur en materialen voor zware omstandigheden.

Een overzicht in Nature schat de kosten van één multilateral puttenstelsel in sommige situaties op ongeveer 50 tot 100 miljoen dollar. De rendabiliteit hangt volgens het overzicht af van zowel de opbrengst als de lokale vraag. Ook wordt gewezen op een fundamentele beperking: gesloten systemen zijn sterk afhankelijk van warmtegeleiding vanuit het omringende gesteente. Dat proces verloopt trager dan convectie in een natuurlijk stromend geothermisch reservoir.

Dat verklaart waarom stadsverwarming mogelijk eerder een commerciële kans biedt dan elektriciteitsproductie. Een installatie kan warmte van gematigde temperatuur rechtstreeks aan nabijgelegen gebouwen leveren. Een elektriciteitscentrale heeft daarentegen hetere bronnen, grotere debieten en duurdere conversieapparatuur nodig.

Wat het Duitse Eavor-project laat zien

Het project van Eavor in Geretsried, Beieren, vormt een belangrijk vergelijkingspunt. Op 4 december 2025 begon het elektriciteit aan het Duitse net te leveren vanuit een afgesloten, meervoudige gesloten geothermische lus. Het werd daarmee het eerste gemelde commerciële project van dit type dat stroom produceerde.

Voor het volledige project wordt een ontwerpvermogen genoemd van ongeveer 8,2 megawatt elektrisch en 64 megawatt thermisch. De lussen bestaan uit lange ondergrondse boortrajecten en zijn niet afhankelijk van een natuurlijk productief warmwaterreservoir. In maart 2026 was echter de eerste van vier geplande lussen operationeel. Het project is daarmee een belangrijke demonstratie van technische haalbaarheid, terwijl de volledige uitbouw en de economische prestaties nog moeten blijken. 17

Zhengzhou en Geretsried laten samen twee ontwikkelingsfasen van hetzelfde bredere idee zien. Zhengzhou demonstreert een afgesloten CO₂-circulatie voor bruikbare aardwarmte. Geretsried laat zien dat een meervoudige gesloten lus elektriciteit aan het net kan leveren. Geen van beide projecten bewijst dat diepe gesloten geothermie goedkoop, overal inzetbaar of klaar is om conventionele elektriciteitsopwekking op grote schaal te vervangen.

De conclusie

Het project in Zhengzhou kan het best worden gezien als een praktische test van het Chinese principe ‘warmte winnen zonder water te winnen’. De coaxiale put van 2.500 meter, het afgesloten CO₂-circuit, de gerapporteerde verbetering van ongeveer 20% in warmtewinningscapaciteit en de verwarming van meer dan 18.000 vierkante meter maken duidelijk waarom de technologie belangstelling krijgt. 613

Gesloten geothermie kan aardwarmte uiteindelijk beschikbaar maken op meer plekken door warmtewinning los te koppelen van natuurlijk stromend grondwater. De weg naar 24 uur per dag beschikbare elektriciteit is echter aanzienlijk moeilijker. Daarvoor zijn grotere en diepere warmtewisselaars, betrouwbare boringen bij hoge temperaturen, langdurige thermische prestaties en veel lagere kapitaalkosten nodig.

Het bewijs ondersteunt dus voorzichtige hoop — maar nog geen commerciële doorbraak op grote schaal.