CLIMIT-støtte har bidratt til at Preem er klar for CCS
CLIMIT har sammen med svenske myndigheter gitt støtte til Preem som er en av de industrier som slipper ut mest CO2 i Sverige.
Selskapet har to raffinerier på vestkysten av Sverige, ett i Lysekil og ett i Gøteborg. Preem ser på muligheten fullskala-CCS med lagring i Norge.
Implementering i eksisterende anlegg
Hovedmålet i prosjektet, var å undersøke muligheten for å iverksette fullskala CO₂-fangst fra Preems hydrogenproduksjonsenhet (HPU) ved Preemraff Lysekil i Sverige og produsere flytende CO₂ for permanent lagring utenfor den norske vestkysten i henhold til spesifikasjoner og krav fastsatt i Langskip-initiativet.
SINTEF Energi AS, Equinor Energy AS, Aker Carbon Capture AS og Chalmers University of Technology har alle på en eller annen måte vært involvert i prosjektet og det er blitt og vil bli publisert publikasjoner og ulike webinarer i regi av prosjektet er også gjennomført.
Hvilke aktiviteter er gjennomført i prosjektet?
Demonstrasjon av karbonfangst ved produksjonsenheten for hydrogen (HPU) ved Preem-raffineriet i Lysekil. Produksjonsenheten er basert på dampmetanreforming (SMR). I demonstrasjonen ble pilotskala CO₂-absopsjon testet ved bruk av Aker Carbon Captures mobile testenhet (MTU).
Ekstrapolering av resultatene fra demonstrasjonen slik at de kan sees i sammenheng med arbeidet med fullskala implementering av CO₂-fangst fra HPU og andre store utslippskilder ved Lysekil-raffineriet, samt ved Preems raffineri i Gøteborg.
Dybdeundersøkelser av muligheter for energieffektivisering i CCS-verdikjeden, inkludert gjenvinning og bruk av restvarme på raffineriet som kan brukes til å drive prosessen for gjenvinning av løsemidler samt bruk av alternative løsemidler for karbonfangst.
Evaluering av tekniske gjennomførbarhet og kostnad for CCS-verdikjeden inkludert CO₂-fangst og transport med skip til lagringsanlegg utenfor den norske vestkysten.
Undersøkelse av relevante juridiske og regulatoriske sider ved CO₂-transport og -lagring over landegrenser og nasjonale mål for utslippsreduksjon i Norge og Sverige.
Forbrenning av avfall danner store mengder CO2 som i dag går rett ut i atmosfæren. Statkrafts anlegg på Heimdal slipper ut 240 000 tonn årlig.
Nå arbeider selskapet – sammen med nasjonale og internasjonale aktører, CCS-klyngen CCS Midt-Norge, Trondheim havn og Trondheim kommune – med en mulighetsstudie for å se på hvordan CO2 kan fanges, transporteres og lagres.
Statkrafts anlegg på Heimdal forbrenner avfall fra hele Midt-Norge. Fjernvarme-anlegget sender varmt vann i rør til borettslag og institusjoner som St. Olavs hospital, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU), Lerkendal stadion og Nidarosdomen.
«Innholdet i mulighetsstudien er tredelt», forklarer Statkrafts Bjørn Hølaas, direktør for CO₂-fangst og -lagring. «I den tekniske delen vurderer vi ulike løsninger for fangstanlegg, transport, mellomlager og permanent lager. I den kommersielle delen ser vi på hvordan rammebetingelser – som insentiver, markedsplasser, inntektskilder, avgifter, etc. – utvikler seg. Deretter ser vi på hvordan utviklingen av den sirkulære økonomien vil påvirke reduksjon av det fossile innholdet i restavfallet, i hovedsak plast – – for dette vil kutte fossile utslipp.»
Moden teknologi
Statkraft har valgt å dele mulighetsstudien i to deler. En del der det er utviklet et tekmisk basis konsept sammen med Rambøll Danmark, Prosject Invest og TCM. Del to består av å verifisere, forbedre og optimalisere basiskonseptet sammen med leverandører.
«I basiskonseptet har vi lagt vekt på å etablere et robust konsept», sier Bjørn Hølaas. «Vi har valgt en standard monoetanolamin-løsning (MEA). Vi trenger derfor ikke å ta hensyn til patenter. Aminteknologien er gjennomtestet, og det foreligger omfattende dokumentasjon. Vi ville forsikre oss om at vi hadde et byggbart konsept, slik at vi hadde et godt utgangspunkt for arbeidet i del to av mulighetsstudien med å verifisere, forbedre og optimalisere konseptet».
Verdien av et samarbeid
En av de største utfordringene ved fangst og lagring av CO2 ved varmeanlegget på Heimdal, dreier seg om transport og mellomlagring. Fremdeles er nesten 40 prosent av kostnadene i basis-konseptet knyttet til transport, mellomlagring og permanent lagring. Og denne kostnaden må ned.
Uavhengig om Statkraft velger å hekte seg opp til Northern Lights-infrastrukturen – eller finner et annet alternativ – så vil selskapet trenge et mellomlager for fanget CO2. I basis-konseptet er det beregnet et mellomlager på 3 600 tonn. Det vil i praksis si under en halv båt fra Northern Lights.
«Så det vi da har gjort, er å søke sammen med de andre aktørene i CCS Midt-Norge. Klarer vi å samarbeide om løsninger for transport og mellomlager i Trøndelag, og dermed få ned kostnadene for oss alle, kan løsninger for transport og mellomlager la seg realisere», sier Bjørn Hølaas.
CCS Midt-Norge springer ut av Midt-Norge Industriklynge. Aktører som Franzefoss, Elkem Thamshavn, Wacker og Equinor på Tjeldbergodden, deltar i dette samarbeidet om å utvikle en regional infrastruktur for transport og mellomlagring av CO2 fra produksjonsprosessene.
Regime i støpeskjeen
En viktig del av mulighetsstudien dreier seg om å opparbeide en god oversikt over det kommersielle rammeverket rundt CO2.
Stor interesse knytter seg til EUs sertifiserings-ordninger for karbonfjerning, som vil foreligge mot slutten av året.
«EUs nye direktiv vil gi oss viktige føringer for hvordan vi skal overvåke, og rapportere på, kritiske parametere langs hele verdikjeden. Det er også interessant for oss å se hvordan Sverige, Danmark, Nederland og Storbritannia har innrettet sine regimer på CO2-håndtering.»
Frivillige markedsplasser knyttet til CO2-avgift og biogene utslipp, er også i spennende utvikling. Disse er i ferd med å komme – gjennom Puro Earth og andre aktører – og vil bli helt avgjørende.
«I Statkraft ser vi viktigheten at vi jobber sammen med andre sentrale aktører – i et bredt samarbeid med relevante myndigheter – for å få på plass bærekraftige rammebetingelser», sier Bjørn Hølaas.
«En sak er rammebetingelser som gjør det forutsigbart for aktørene å realisere anlegg. Flere anlegg er meget viktig for økt læring og kostnadsreduksjoner. Det vil ta noe tid før CO2- fangst kommersielt kan stå på egne ben så vi og andre aktører er avhengig av at myndighetene bidrar økonomisk.»
CLIMIT-støtte gir resultater
Hvor viktig har CLIMITs rolle vært?
«Den økonomiske støtten er definitivt viktig. Men det kanskje viktigste, er at dere støtter så mange andre CCS-prosjekter. Den informasjonen som blir samlet gjennom CLIMIT, er minst like mye verdt som den støtten vi får til våre egne prosjekter. Og det er fint at CLIMIT legger vekt på å formidle utad resultatene fra de ulike prosjektene. Jeg tror også at for oss som jobber med CCS i de ulike industriselskapene, så gir offentlig støtte gjennom CLIMIT større legitimitet internt, til de prosjektene vi foreslår», sier Bjørn Hølaas.
Sammen med partnere har Elkem igangsatt et prosjekt for å teste ut teknologi som fanger karbondioksid fra smelteovner. Det har aldri vært testet på røykgass fra ferrolegerings-industrien tidligere.
Til grunn for prosjektet ligger et målrettet, systematisk arbeid for å bygge opp kompetanse på karbonfangst.
Prosessindustrien må spille en sentral rolle fremover i kampen for å nå to-gradersmålet fra Parisavtalen. Et skifte fra fossile brensler til grønn energi, vil ikke alene være tilstrekkelig for å kutte utslippene. For mange av industriselskapene produserer faktisk større volumer av CO2 enn av ferdig produkt. Dermed blir kostnadene den store bremsen når det gjelder implementering av karbonfangstanlegg. Det betyr at forskningsmiljøene og industrien sammen må finne pragmatiske løsninger som industrien raskt kan ta i bruk.
Og en av drivkreftene bak CCS innen norsk prosessindustri er Elkem, en av verdens ledende leverandører av silisiumbaserte avanserte materialer.
Et nødvendig samarbeid
Å foreta store endringer krever kunnskap på nye områder.
“Elkems reise startet rundt 2017”, forteller klimadirektør Trond Sæterstad i Elkem. “Da ble selskapet deltager i CO2 Hub Nord”. Dette samarbeidet om karbonfangst og lokal infrastruktur for CO2, består av industriaktører i Mo i Rana industripark og bedrifter lengre nord, samt i Trøndelag.
Siden Elkem har fabrikker flere steder i Norge, har selskapet vært en aktiv bidragsyter og pådriver i en rekke CCUS industri-samarbeid – som Eyde-klyngen, Midt Norge-klyngen, i tillegg til CO2 Hub Nord. Sistnevnte starter nå opp med testing av CO2-fangst fra Elkems avgass og SMA Mineral sin avgass.
I disse klynge-prosjektene – som mottar finansiell støtte fra CLIMIT – ser man på løsninger for karbonfangst og lokal infrastruktur og logistikk.
“Ved etablering av CCS, er det en stor fordel for nærliggende industri å samarbeide for å etablere gode løsninger rundt lokal infrastruktur og logistikk. Derfor er klyngeprosjektene så viktige. Da får man større CO2-volum på det som skal sendes til lager, og aktørene kan dele på kostnader knyttet til infrastruktur og transport”, sier CLIMIT’s Jørild Svalestuen.
En læringsprosess
Men Elken har arbeidet på flere fronter.
I årene mellom 2015 og 2019 deltok selskapet i det CLIMIT-støttede prosjektet CO2stCAP, et samarbeidsprosjekt mellom norske og svenske industriselskaper og forskningsmiljøer, der formålet var å analysere prosesser og identifisere faktorer som driver kostnader i karbonfangst-prosjekter.
Elkem deltok også i forumet Prosess 21, som rettet oppmerksomheten mot løsninger for å redusere industriens samlede utslipp, gjennom utstrakt samarbeid og kunnskapsdeling. Styringsgruppen ble ledet av Håvard Moe, teknologidirektør i Elkem.
I 2021, lanserte så selskapet strategien Klimaveikartet, der karbonfangst blir vurdert som et sentralt virkemiddel for å nå målet om bærekraftig produksjon av Elkems produktportefølje.
En studie som fant muligheter
Dette mangslungne arbeidet ga Elkem et godt kompetanse-grunnlag for å gå videre. Tiden var kommet for å se på praktiske, gjennomførbare karbonfangst-løsninger for Elkems egne anlegg. I parallell med CO2 Hub Nord, gjennomførte derfor selskapet en mulighetsstudie, som ble sluttført i 2021.
Målet var å lage en generisk forretningsmodell for installasjon av CO2-fangst på Elkems smelteverk. Modellen evaluerer alle kritiske faktorer ved gjennomføring av karbonfangst. Ved å ta hensyn til ulike forutsetninger – som teknisk status – ved smelteverkene, kan man ved hjelp av modellen beregne mer nøyaktig hva det vil koste å implementere fangstanlegg lokalt.
To solvent-teknologier – fra Saipem og Aker – ble evaluert i forhold til smelteverkenes behov. Hvordan kunne disse tilpasses smelteverkene? Hvor godt egnet ville de være til å fange opp CO2 fra røykgassen fra produksjonen?
“Det var en utrolig spennende studie”, forteller Ragnhild Jensen, prosjektleder i Elkem. “Vi hadde behov for å lære mer om de praktiske innretningene ved CCS. Hva trenger vi å gjøre på vår side av et grensesnitt? Hvordan må verkene forberede og legge til rette for den nye teknologien? Hva skjer i fangstprosessen? Hva blir utbyttet? Og ikke minst – hva kreves av energi-integrering?”
Elkem brakte blant annet Norsk Energi inn for å evaluere fordeler og ulemper ved teknologien fra de to leverandørene, med hensyn til energi-integrering.
“Gjennom prosjektet fikk vi god forståelse for effektiviteten i fangst, hvilke kravspesifikasjoner leverandørene hadde til Elkems avgass, og hva de leverte ut i den andre enden”, sier Ragnhild Jensen.
Resultatet var en kraftig forbedret prosess-design for implementering av CCS-teknologi.
Ett skritt nærmere
Kunnskapen som selskapet hadde bygget opp gjennom grundige forberedelser, har vært helt nødvendig for å iverksette omfattende testing ved anleggene.
“Det naturlige neste trinnet for oss, er å verifisere teknologien ved smelteverkene våre,” sier Trond Sæterstad, klimadirektør i Elkem. “Før vi eventuelt kan ta en investeringsbeslutning, må fangstanleggene testes og evalueres i bruk.”
Ferrosilisium-produsenten Elkem Rana starter nå – gjennom CCUS industrikonsortiet CO2 Hub Nord – det første pilotprosjekt i sitt slag. I seks måneder skal de benytte en mobil testenhet fra Aker Carbon Capture – et fullskala fangstanlegg i miniatyr.
Akers CO2-fangst teknologi skal testes ut på avgassene fra Elkem Rana og SMA Mineral hver for seg. Men prosjektet skal også teste ut CO2-rensing fra felles avgasser fra de to produsentene.
Dette siste alternativet åpner spennende perspektiver. Klarer man å samle strømmer av avgasser fra flere aktører, betyr det vesentlige kostnadsreduksjoner for den enkelte industribedrift.
IEAGHG ExCo hadde sitt halvårige møte, denne gangen hybridmøte med både fysisk deltagelse i Caligari, Sardinia og på web, 11.-12. mai, 2022. Sotacarbo var vertskap for møtet.
GHGT-16
Neste store arrangement for IEAGHG er GHGT-16 konferansen som vil bli arrangert i Lyon 23.-27. oktober 2022. De er godt i gang med å planlegge programmet for konferansen. Det ble sendt inn 800 abstracts fra 40 forskjellige land. For første gang vil poster sesjon være i e-format slik at de som presenterer slipper å bære med seg postere til konferansen.
Nytt rammeverk for IEAGHG-TCP
Nytt rammeverk for IEAGHG-TCP er nå godkjent og varer fram til november 2026. Eni er kommet til som ny sponsor. Det jobbes med flere andre nye sponsorer som er interessert. På grunn av situasjonen i Ukraina, vil man ikke gå videre med russiske selskap.
IEAGHG med innspill til IPCC-rapport
Det ble gitt en oppsummering av IPCC sin rapport fra WG III. Endelig sjette synteserapport (AR6) kommer i september. Rapporten fra WG III har hatt hovedfokus på hvordan minske og bekjempe skadevirkningene av klimaforandringer. BECCS og DAC blir trukket fram. IEAGHG har vært aktive reviewere og gitt innspill på faktafeil i forbindelse med CCS/CCUS. IEAGHG laget en oppsummering av rapporten.
IEAs arbeid
Det ble gitt en oppdatering av arbeide fra IEA av Sarah Buidinis. IEA CCS enhet har fulgt nye CCS prosjekter. I 2021 er det meldt om 100 nye CCS prosjekter. I første kvartal 2022 er det allerede kommet 30 nye prosjekter. Dette visen en god framgang av nye CCS prosjekter. Viktige nye utgivelser fra IEA er den siste tiden:
Achieving Net Zero Heavy Industries in G7 Members (May 2022)
Special report on the role of nuclear energy on the path to net zero (June 2022)
Opportunity for hydrogen production with CCUS in China
Tracking Clean Energy Progress 2022 (CCUS in power, industry, DAC)
Kommende arrangementer
Det ble orientert om neste CSLF (Carbon Sequestration Leadership Forum) møte og CDR (Carbon Dioxide Removal)workshop som er planlagt i Bergen i slutten av juni.
Hydrogen Mem-Tech fikk nylig inn 170 millioner kroner i frisk kapital fra store norske og internasjonale aktører.
Men for Trondheims-bedriften – som er ledende på hydrogenteknologi – har det vært et målbevisst løp mot denne milepælen.
Investorer
Den 9. mai 2022 ble nyheten sluppet om at tunge investorer – AP Ventures, Yara Growth Ventures, Shell Ventures, Saudi Aramco Energy Ventures og SINTEF Venture – har valgt å satse sterkt på Hydrogen Mem-Tech. Det dreier seg om investorer med betydelig erfaring og kompetanse på verdikjeden for hydrogen, og som har høye ambisjoner for hydrogen-økonomien.
Hydrogen Mem-Tech har videreutviklet en teknologi der palladium-membraner skiller ut hydrogen fra naturgass og biogass. CO2 og restgasser blir fanget opp i prosessen, og kan deretter lagres eller deponeres.
Teknologien treffer et marked i sterk vekst. Hydrogen sees på som en av driverne i det grønne skiftet.
«Interessen for hydrogen har akselerert kraftig de senere årene, og har åpnet veldig mange markeder – langt utover de som vi kanskje så for oss som de primære da vi startet», forteller Thomas Reinertsen, administrerende direktør i Hydrogen Mem-Tech.
På en rekke områder arbeides det nå med mulighetene for å erstatte andre typer brensel med hydrogen, som biler, skip, kraftgenerering – og i prosessindustrien vurderes konsepter for erstatning av karbon som reduksjonsmiddel, med hydrogen.
Teamet.
Reisen mot investorenes interesse
God kontakt mellom Hydrogen Mem-Tech og SINTEF skapte grobunn for en forretningsidé. Utgangspunktet var å se på alternativer for fangst av CO2 som kan bidra til det grønne skiftet. SINTEF hadde i laboratorieskala utviklet en konkurransedyktig og lovende palladium-membran som skiller ut hydrogen fra naturgass, men forskningsinstituttet var på jakt etter en industriell partner som kunne videreutvikle og kommersialisere teknologien. Hydrogen Mem-Tech – som trakk på omfattende erfaring fra olje- og gassindustrien – tente på ideen.
Og Hydrogen Mem-Tech valgte å kaste seg på dypt vann. I løpet av kort tid utviklet de teknologien fra lab-skala til et pilotanlegg.
«Vi besluttet tidlig å utplassere en pilot av denne teknologien i et operativt miljø. Og vi fikk en unik mulighet til å bygge en pilot på innsiden av gjerdet til Equinors anlegg på Tjeldbergodden», forteller Thomas Reinertsen.
Membran-teknologien er et godt eksempel på et vellykket samarbeid mellom et ledende forskningsmiljø og en industriaktør med kunnskap om hvordan man opererer prosessanlegg – og hvordan man integrerer teknologi til eksisterende infrastruktur.
«Det er fordeler og ulemper med å teste i større skala tidlig i prosessen. Men det å prøve den ut i den virkelige verden tidlig, var helt klart avgjørende for å forme teknologien slik den står i dag», sier Thomas Reinertsen.
Teknologien i det operative miljø
Hydro Mem-Tech har fokusert mye på robustgjøring av teknologien. Vår palladium-membran er mye tynnere enn andre membraner. Derfor er det avgjørende å lage en membran og en ‘set-up’ som kan håndtere uforutsette hendelser, som for eksempel strømstans og hurtig nedstengning. Videre kan teknologien installeres både på små og store anlegg, og har lave driftsutgifter.
«Satsingen på robustgjøring har vist seg å være gull verdt. Det betyr at vi har kunnet levere driftssikre produkter allerede mens selskapet er i sin tidlige levealder», sier Thomas Reinertsen.
Viktig støtte fra CLIMIT
Finansiering fra CLIMIT har spilt en viktig rolle i utviklingen av teknologien og selskapet.
«Den støtten vi fikk fra CLIMIT allerede fra 2012-2014 var egentlig inngangsbilletten for å klare å bygge en teknologi og bedrift på utelukkende norske hender frem til i dag. Det hadde vært helt umulig å få til dette uten offentlig støtte gjennom CLIMIT. Det hadde neppe vært mulig fra starten å skaffe nok privat kapital til å utvikle denne type teknologibedrifter i et langsiktig perspektiv. En slik satsing som vi nå opplever med internasjonale aktører, representerer et stort springbrett for norsk teknologi ut i verden.»
Industrielle gassturbiner brukes til produksjon av kraft og til mekanisk drift av andre maskiner. Dagens industrielle gassturbiner bruker fossile drivstoff som naturgass eller diesel, noe som medfører utslipp av CO2 i avgassen.
Andrea Gruber, SINTEF
BIGH2 prosjektet utvikler gassturbiner som kan bruke karbonfrie drivstoff som fjerner utslippet av CO2. Målet til prosjektet er å utvikle løsninger som gjør at gassturbiner får like god ytelse med karbonfrie drivstoff som med dagens fossile drivstoff.
Gasskraft har høyere virkningsgrad og vesentlig lavere CO2-utslipp enn kullkraft, men utslippene fra gasskraftverk må likevel reduseres for å nå klimamålene.
“En bærende idé for BIGH2 har derfor vært å fasilitere overgangen til drivstoff med lavt karboninnhold”, forteller prosjektleder Andrea Gruber ved SINTEF.
Karbonfrie drivstoff
Hydrogen er et lovende alternativ til fossile drivstoff fordi forbrenning av hydrogen gir vanndamp som avgass, men det er også utfordringer med bruk av hydrogen sammenlignet med fossile drivstoff:
Hydrogen har lav tetthet, slik at den må transporteres under høyt trykk, eller i væskeform ved svært lav temperatur.
Høyere sikkerhetsrisiko fordi hydrogen er lett antennelig og mer eksplosivt.
Forbrenning av hydrogen gir høye flammetemperaturer som kan medføre utslipp av nitrogenoksider (NOx) som overskrider lovbestemte utslippsgrenser. NOx er en lokal forurensing som kan gi mennesker luftveisproblemer og som gir sur nedbør.
Det er mer utfordrende å kontrollere forbrenning av hydrogen enn hydrokarboner, og kombinert med høye flammetemperaturer øker det risiko for skade og nødstopp av turbiner.
Utfordringene med hydrogen førte til at prosjektet valgte å studere bruk av ammoniakk (NH3) som drivstoff. Ammoniakk produseres i store mengder over hele verden, blant annet som råvare til produksjon av kunstgjødsel, slik at det finnes allerede en godt utbygd infrastruktur for transport av ammoniakk.
BIGH2-prosjektets fase 3 studerte forbrenning av hydrogen og ammoniakk i modeller av brennkammere til en industriell gassturbin fra Siemens. Brennkammeret er den delen av en gassturbin hvor flammen står.
Ammoniakk har dårligere forbrenningsegenskaper enn fossile drivstoff, og må derfor blandes med mer reaktive stoffer for å oppnå en stabil flamme. Ved å splitte en andel av ammoniakk-drivstoffet til hydrogen og nitrogen får drivstoff-blandingen bedre forbrenningsegenskaper. Siden denne splittingen er en energikrevende prosess, så har prosjektet har fokusert på å identifisere det energi-optimale blandings-forholdet av ammoniakk, hydrogen og nitrogen.
“I prosessen vår utnytter vi spillvarmen fra gassturbinen til å splitte ammoniakk for å øke brenselets reaktivitet og samtidig oppnår vi en økning i virkningsgraden for hele anlegget. Med dette systemet åpner vi dermed for konkrete muligheter til å redusere kostnadene knyttet til ulike CCS-kjeder”, forteller Andrea Gruber.
Redusert NOx-utslipp
En utfordring er at forbrenningen av ammoniakk-anriket brensel, om det ikke gjøres på riktige måte, kan også resultere i betydelige utslipp av NOx og potente klimagasser som lystgass (N2O). Ved å organisere forbrenningen i ulike stadier i brennkammeret, har prosjektet klart å redusere dannelsen av NOx og N2O til et akseptabelt nivå.
Andrea Gruber og forskerteamet hans jobbet lange timer ved skrivebordet før det ble gjennomført eksperimentelt arbeid i laboratoriet. Det ble gjennomført mange småskala forbrenningseksperimenter i SINTEFs trykksatte forbrenningsrigg på Gløshaugen for å teste ut flammestabiliteten til de ulike drivstoffblandingene, og for å måle utslippene av NOx. Måledata fra forsøkene ble deretter brukt i programvare for numerisk simulering til å modellere flammer av ulike sammensetninger av ammoniakk, hydrogen og nitrogen. Data ble utvekslet med partnere ved NTNU i Trondheim og med Sandia National Laboratories i USA.
“Det viktigste resultatet fra prosjektet er at vi nå har sett at det er mulig å bruke ammoniakk som energibærer – ingen store hindre er funnet. BIGH2 har vist oss hvordan dette kan gjøres. Den kunnskapen hadde vi ikke da prosjektet startet opp”, forteller Andrea Gruber.
Bredt samarbeid
Som partnere i BIGH2-prosjektet har SINTEF med seg NTNU, Siemens og Equinor mens amerikanske Sandia National Laboratories og University of California, San Diego er involvert som eksterne samarbeidspartnere.
Veien videre
“Fremtidig arbeid vil fokusere på utvikling og demonstrasjon av en modifisert DLE (dry low emission) brenner og forbrenningskammer. Vi vet nå at dette kan gjøres men vi må finne den optimale måten å implementere systemet i en gassturbin. Hovedmålet er å oppnå brensels-fleksibilitet, det vil si å skape en gassturbin som kan sømløst transisjonere mellom naturgassfyring og anvendelse av et optimalisert ammoniakkbasert brensel, i et realistisk brennerdesign”, sier Andrea Gruber.
Ved å måle innhold av edelgasser i CO2-strømmer har Universitetet i Oslo utviklet en ny og effektiv metode for overvåking av CO2-lagre.
Når store mengder CO2 skal lagres trygt under bakken som et klimatiltak, må vi kunne dokumentere at CO2-en forblir lagret. Vi trenger teknologi som måler CO2-innhold og mulighet for å sjekke hvor CO2 kommer fra på en rask, billig og nøyaktig måte. Dette kan være både komplisert og dyrt, Universitetet i Oslo har forsket fram en metode som raskt og billig gir svaret. Nøkkelen er edelgasser.
Overvåkning med en ny metode
I ICO2P-prosjektet har prosjektleder Anja Sundal, stipendiat Ulrich Weber og deres team utviklet en metode hvor analyse av edelgasser og CO2 kan brukes til overvåkning av CO2-fangst og lagring. Gassenes kjemiske og fysiske «fingeravtrykk» av ulike isotoper og relative konsentrasjoner kan brukes til å identifisere CO2. Samarbeidspartnerne i Sveits har funnet opp et instrument som kan måle ekstremt lave konsentrasjoner av edelgasser. Forskerne i ICO2P har tatt dette instrumentet i bruk på en helt ny måte, for å kunne overvåke CO2.
– Vi har designet et mobilt og kostnadseffektivt overvåkningsprogram for CO2-fangstoperasjoner og lagringssteder på norsk sokkel. Utstyret får plass i en liten, bærbar koffert og kan enkelt fraktes dit hvor det er behov for målinger, påpeker prosjektleder Sundal.
I ICO2P-prosjektet har Universitetet i Oslo samarbeidet med forskere fra Eawag i Sveits som har utviklet dette instrumentet, et massespektrometer som er helt unikt i sitt slag, da det kan måle ekstremt lave konsentrasjoner av edelgasser (He, Ne, Kr, Xe, Ar), samt andre miljø-relevante gasser (O2, CH4, CO2 and N2) ute i felt. Dette er et signifikant fremskritt, da kunnskap om gass-sammensetning kan gi mye miljørelevant informasjon der og da. All CO2; i atmosfæren, i havet, som bakterier produserer og som fanges fra industrielle prosesser, har sitt naturlige, unike avtrykk av edelgasser.
Prøvetakingskart.
Samlet prøver fra naturgassfelt
I prosjektet har ICO2P-teamet samlet prøver fra norske naturgassfelt, CO2-fangstoperasjoner og ved CO2-lagringssteder for å få kunnskap om geokjemien og isotopsignaturene til gass som skal lagres, og finne ut om man kan kjenne den igjen og skille den fra andre gasskilder.
– Vi har overvåket edelgassvariasjonen i ulike CO2-fangstoperasjoner ved bruk av instrumentet vårt og tilpassede kalibreringsmetoder, forklarer Sundal.
Målinger er utført både ved Teknologisenteret på Mongstad (TCM), på Melkøya (Snøhvit) og ved Klemetsrud avfallsforbrenningsanlegg. Dette er ikke tidligere kartlagt og gir ny vitenskapelig innsikt i prosessene som forårsaker at gass som lagres har en unik signatur. Edelgasskonsentrasjonene i «fanget» CO2 viser seg å være mye lavere enn i atmosfæren, mens det er signifikante forskjeller i konsentrasjon og signatur mellom ulike fangstoperasjoner. Det er også dokumentert tidsvariasjoner i gassenes signaturer, noe som gir innsikt i fangstprosessene.
Kunnskap om gassenes kjemiske og fysiske «fingeravtrykk» kan senere brukes til å identifisere opphavet. Dette er meget viktig for å kunne avdekke eventuell lekkasje fra CO2-lagringssteder, da man må kunne skille antropogene og naturlige gasser som pipler ut fra havbunnen.
Edelgass-signaturene
Kunnskapen om edelgass-signaturene i fanget eller antropogen CO2 har stipendiat Weber brukt til å modellere hvordan signaturene vil endres når injisert CO2 kommer i kontakt med fluider (fossilt saltvann) nede i de geologiske reservoarene. Beregninger viser at med tiden vil injisert gass endre signatur, da den vil ta opp mer edelgasser fra reservoaret. Signaturen vil likevel være gjenkjennelig og kunne skilles fra både atmosfærisk gass, fossil naturgass, gass som produseres av bakterier og gasshydrater.
Det var veldig bra samarbeid mellom industrien og akademia i prosjektet, hvor industripartnerne også i stor grad bidro faglig (artikler, veiledning) i tillegg til å bidra med finansiering og data.
Resultatene fra prosjektet er nyttige for industrien. Prosjektet presenterer et målesystem som får plass i en liten koffert. Denne kan nå både forskerne og industriaktørene ta med seg der hvor de har behov får å gjøre CO2 og edelgassmålinger for å verifisere trygg lagring. En enkel, billig og praktisk løsning.
Tittel: ICO2P – Application of noble gas signatures in monitoring schemes for offshore CO2 storage
Prosjektnummer: 280551
Partnere: Universitetet i Oslo (prosjekteier), Equinor, Shell, Eawag
Prosjektperiode: 2018-2021
Budsjett: 9,2 millioner kroner, hvorav 5,5 millioner kroner i finansiering fra CLIMIT
Artikkel i Science; Elektrokjemisk produksjon av hydrogen fra naturgass
Protonledende membraner gjør det mulig å bruke elektrisitet som prosessenergi for å produsere hydrogen fra naturgass med lavt energitap og forenklet CO2-fangst.
Hydrogen fra naturgass
Tidsskriftet Science har publisert artikkelen «Single-step hydrogen production from NH3, CH4, and biogas in stacked proton ceramic reactors» forfattet av forskere fra CoorsTek Membrane Sciences, Universitet i Oslo, SINTEF og forskningsinstituttet ITQ i Spania. CLIMIT-Demo har bidratt til å støtte forskningen.
Tradisjonell produksjon av hydrogen fra naturgass med CO2-fangst foregår i flere produksjonstrinn med reformering, separasjon og komprimering. Protonledende membraner samler prosessen i ett trinn med mindre energitap og bedre forutsetninger for CO2-fangst i forbindelse med småskala hydrogenproduksjon.
Tilsvarende som andre elektrokjemiske energiteknologier teknologier som batterier og brenselceller er de protonledende reaktorene bygget opp av mange små celler eller membran rør. Den nye artikkelen viser hvordan høy energivirkningsgard fra testing av enkeltceller videreføres når mange celler settes sammen i skalerbare enheter.
To prosjekter; Protonic
Utviklingsarbeidet i forbindelse med artikkelen er blant annet støttet av CLIMIT-Demo gjennom prosjektet 618191 «Protonic». CLIMIT-Demo har også støttet neste fase av utviklingsarbeidet ved prosjekt 620208 «Protonic Phase II».
Norge og USA skal samarbeide mer om kunstig intelligens
Kunstig intelligens kan bidra til karbonfangst- og lagring, smartere energisystemer, bedre klimamodellering og mer persontilpasset medisin. CLIMIT har bidratt med støtte.
Tekst: regjeringen.no
Tettere samarbeid
Nå har Norge signert en avtale med det amerikanske energidepartementet om å samarbeide tettere om forskning, innovasjon, utdanning og etiske spørsmål på feltet.
– Jeg er glad for at vi har fått på plass denne avtalen. USA har svært sterke fagmiljøer innenfor kunstig intelligens. Vi ser frem til å samarbeide med de beste om å utvikle metoder og teknologier for å løse utfordringer innenfor områder som klima, energi og helse. Dette er teknologi med et enormt potensial, og en viktig ambisjon er samarbeid om utvikling av kunstig intelligens som er tilpasset norske interesser og næringsliv, sier forsknings- og høyere utdanningsminister Ola Borten Moe.
Det er det amerikanske Department of Energy (DoE) som har tatt initiativ til avtalen. De ønsker å etablere et mer strategisk og langsiktig arbeid for å koordinere og styrke innsatsen på kunstig intelligens sammen med viktige samarbeidsland.
Avtalen legger til rette for samarbeid i form av felles forsknings- og innovasjonsprosjekter, utveksling av forskere og studenter, deling av teknologi og utstyr, felles utdanningsprogrammer og videre utvikling av etisk og ansvarlig bruk av teknologi. Juridiske og tekniske løsninger for forsvarlig datadeling vil også inngå for å sikre personvern.
Bidrag til å løse viktige samfunnsoppgaver
Store mengder data og nye typer superdatamaskiner gjør det nå mulig å bruke avanserte metoder innenfor kunstig intelligens til å løse oppgaver som tidligere ikke var mulig. Dette kan bidra til gjennombrudd på en rekke områder. Her er noen eksempler:
Karbonfangst og -lagring: Dette er en lovende teknologi med store utviklingsmuligheter, og den kan forbedres blant annet gjennom simuleringer av storskala lagring. Her er allerede SINTEF, Equinor og DoE i gang med datadeling og analyser
Supermodellering av vær og klima: Målet er å utvikle bedre klimamodeller for å kunne lage sesongvarsler og forutsi flerårig utvikling
Utvikling av nye legemidler: Data fra medisinske tester kan gi informasjon som gjør det mulig for forskere å stille nye spørsmål og utvikle bedre legemidler som raskt kan tas i bruk.
Persontilpasset medisin: Kreftforebygging og -behandling, diabetes og hjertediagnostikk er eksempler på medisinske felter hvor det kan oppnås ytterligere presisjon ved hjelp av kunstig intelligens til det beste for pasienten. Her har allerede Kreftregisteret og et av DoEs nasjonale laboratorier hatt et samarbeid om livmorhalskreft.
I tillegg er det store muligheter innenfor temaer i kryssfeltet mellom helse, klima og energi. For eksempel er kunstig intelligens-forskning på miljøgifter relevant både fra et klima- og et helseperspektiv.
Økt måloppnåelse gjennom internasjonalt samarbeid
CLIMIT har de siste fem år bygd opp en solid portefølje internasjonale prosjekter gjennom nettverket ACT, Accelerating CCS Technologies. Dette har resultert i at forskningen leverer resultater som trengs for å bygge fullskala anlegg for CO2-håndtering.
ACT er et nettverk hvor 16 land og regioner samarbeider om utlysninger og kunnskapsdeling. Forskningsrådet er koordinator for ACT og fra norsk side er også Gassnova med som partner.
Land og regioner som deltar i ACT er markert med gult. Virkemiddelaktører som deltar i ACT er indikert og fra Norsk side deltar Forskningsrådet (Research Council of Norway, RCN) og Gassnova. Illustrasjon: Forskningsrådet.
Oppnådd gode resultater
ACT startet i 2016 og signerte da en femårskontrakt med Europakommisjonen. Da kontrakten gikk ut mot slutten av 2021, markerte dette en viktig milepæl for ACT. Svært gode resultater har blitt oppnådd, samtidig som nye muligheter nå utforskes for videreføring av ACT.
ACT står for Accelerating CCS Technologies, og målsetningen er som navnet sier – akselerere utviklingen av teknologi for CO2-håndtering. Samarbeidet startet som et såkalt ERA NET Cofund. Dette var et virkemiddel under EUs program for forskning og innovasjon, Horisont Europa, hvor Europakommisjonen gikk inn med tilleggsfinansiering når europeiske land samarbeidet om forskning og utvikling på sentrale tema. De ble etablert mange ERA NET Cofund på et bredt spekter av tema, men ACT var det eneste ERA NET Cofund innen CO2-håndtering.
33 forsknings- og innovasjonsprosjekter
ACT har i løpet av perioden 2016-2021 gjennomført tre utlysninger hvor FoU-miljøer har fått muligheten til å søke om finansiering til nye prosjekter innen CO2-håndtering. Dette har resultert i 33 forsknings- og innovasjonsprosjekter med samlet budsjett på 1,4 milliarder kroner hvor ACT har støttet med nærmere 1 milliard kroner.
Prosjektene fra den første ACT-utlysningen er avsluttet, mens prosjektene fra den andre utlysningen nå er inne i sitt avsluttende år. 13 prosjekter fra den tredje ACT-utlysningen er i sin oppstartsfase.
Norge har vært et viktig foregangsland i ACT, og det er norske partnere i 23 av 33 prosjekter. Støtten fra ACT til norske partnere summeres til rundt 230 millioner kroner, hvorav rundt 200 millioner kroner kommer fra CLIMIT, mens drøyt 30 millioner kroner kommer fra Europakommisjonen. ACT har med andre ord vært en stor og viktig satsing for CLIMIT, og ACT-prosjekter utgjør rundt en femdel av CLIMITs totale portefølje.
Solide resultater
Resultatene etter fem år med ACT er solide. Først og fremst har prosjektene støttet av ACT gitt betydelig teknologiutvikling helt i tråd med CLIMITs programplan. Gjennom ACT er det etablert ny kunnskap og kompetanse, og vi har fått nye og lovende innovasjoner innen både fangst, transport og lagring av CO2. Resultatene og effektene av ACT går imidlertid langt utover teknologiske nyvinninger:
Gjennom ACT har flere land delt på finansieringen av prosjektene. Denne kostnadsdelingen gjør at hvert land får mer kunnskap og kompetanse for hver investert krone enn hva som ville vært mulig gjennom nasjonale utlysninger.
ACT har bidratt til å samkjøre forskningsprioriteringer på tvers av landegrenser.
Gjennom ACT har flere land investert betydelig mer midler på forskning og innovasjon innen CO2-håndtering enn hva de ville gjort uten ACT.
ACT-prosjektene har tiltrukket seg industrielle partnere. ACT har dermed mobilisert industrien.
ACT-prosjektene har gjennomført formidlingsaktiviteter som har gitt både beslutningstakere og industriaktører økt forståelse for CO2-håndtering.
Både ACT-prosjektene og virkemiddelaktørene som står bak ACT har lagt til rette for en meget god kunnskapsdeling på tvers av landegrensene.
ACT leverte før jul sin sluttrapportering til Europakommisjonen, og dette er tilgjengelig på ACTs hjemmeside.
Flere ACT-prosjekter har levert resultater som trengs for å bygge storskala Co2-håndteringsanlegg, og noen eksempler er listet opp nedenfor
Prosjektet Pre-ACT, ledet av SINTEF, har studert hvordan trykkoppbygging kan håndteres når CO2 Dette har gitt ny kunnskap som er viktig for partnerne i Northern Light.
ELEGANCY, også et prosjekt ledet av SINTEF, har studert hvordan verdikjeder for hydrogenproduksjon kombinert med CO2-håndtering kan etableres. Resultatene er svært viktige nå som hydrogen har blitt en viktig satsing i både Norge og flere andre land.
Flere pågående prosjekter studerer teknologier for overvåkning av CO2-lagre. Når CO2 skal bygges i stor skala trengs nøyaktig og kostnadseffektiv teknologi som kan dokumentere hvordan CO2 flyter i et lager, slik at vi kan sikre at CO2 forblir trygt lagret. Prosjektene DigiMon (ledet av NORCE), SENSE (ledet av NGI) og ACTOM (ledet av Universitetet i Bergen) studerer ulike teknologier fo overvåkning av lagre.
Prosjektet NEWEST-CCUS forsker på nye løsninger for CO2-fangst fra avfallshåndteringsanlegg. SINTEF og flere norske industriaktører fra avfallsbransjen deltar i prosjektet.
Prosjektet AC2OCEM utvikler ny teknologi for CO2-fangst fra sementfabrikker. Fra norsk side deltar SINTEF og NTNU. Flere store industriaktører er med i prosjektet.
Et nystartet prosjekt, RETURN, ledet av SINTEF skal studere hvordan tomme olje- og gassfelt kan brukes til CO2-lagring.
Et annet nystartet prosjekt, CEMENTEGRITY, ledet av IFE, skal forske frem sement som kan brukes i CO2-brønner.
ACT har årlige samlinger hvor prosjektene utveksler erfaringer og lærer av hverandre. Her fra ACT Knowledge Sharing Workshop i Athen november 2019. Foto: ACT.
Alle virkemiddelaktørene som deltar i ACT er innstilt på å fortsette samarbeidet. Det er en målsetning å videreføre ACT gjennom EUs nye partnerskap Clean Energy Transition Partnership (CETP) som er i sin startfase våren 2022. Enkelte av landene som deltar i ACT planlegger også en ACT4-utlysningen. Denne utlysningen vil være tilgjengelig på ACTs hjemmeside i april eller mai 2022.