For å nå internasjonale klimamål må fangst og lagring av CO₂ tas i bruk i stor skala verden over. Teknologien for dette finnes, men det jobbes intenst med å utvikle billigere og mer effektiv teknologi.

Moving Bed Temperature Swing Adsorption

Rikard Blom fra SINTEF har ledet prosjektet EDeMoTec hvor en interessant prosess for CO₂-fangst er videreutviklet. Prosessen er mest kjent under sitt engelske navn, Moving Bed Temperature Swing Adsorption (MBTSA). Dette er en prosess hvor en eksosgass som inneholder CO₂ kommer i kontakt med faste stoffer, såkalte absorbenter, som kan binde seg til CO₂. I neste prosesstrinn varmes absorbenten opp slik at CO₂ slippes løs. Da kan man få ren CO₂ som kan gå til permanent CO₂-lagring. En av hovedutfordringene for MBTSA prosessen er å få til en høy renhet på den separerte CO₂ gassen.

En utfordring er å velge adsorbenter som både er effektive og stabile, og det er her Blom og hans team har oppnådd interessante resultater. Flere typer materialer er studert, og noen viser seg mer effektive og stabile enn andre. Sorbenter av typen MOF (Metal Organic Framwork) og Zeolitter har gitt svært lovende resultater.

En konkurransedyktig løsning

Gjennom EDeMoTec-prosjektet, finansiert av CLIMIT, har forskerne fått mulighet til å gjennomføre nødvendig prosessimuleringer og et omfattende testprogram. Resultatene viser at prosessen kan bli en konkurransedyktig løsning for CO₂-fangst fra for eksempel gasskraftverk og avfallsforbrenningsanlegg.

MBTSA-prosessen skal nå utvikles videre i Horisont 2020-prosjektet MOF4AIR. Richard Blom og hans team jobber også sammen med industriaktører for å optimalisere prosessen.

Fakta om prosjektet

Prosjektnummer: 267873

Prosjekttittel: Enabling technology for the Development of moving bed Temperature swing adsorption process for post combustion CO₂ capture

Prosjektleder: Richard Blom, SINTEF

Partnere: SINTEF, NTNU, SRI International

Periode: 2017-2022

Budsjett: 11,34 mill. kr.

Støtte fra Forskningsrådet gjennom CLIMIT-programmet: 10,75 mill. kr.

Kari-Lise Rørvik (45) tok 1. november over som sekretariatsleder for CLIMIT-programmet etter Ingrid Sørum Melaaen, som er blitt teknologisjef i Gassnova. Rørviks ambisjon er å bidra til at Norge beholder ledertrøyen internasjonalt på forskning, utvikling og implementering av teknologier for fangst, transport og lagring av CO₂.  

– Det betyr likevel ikke at vi i Norge skal være oss selv nok. Tvert imot, videreføring av vårt omfattende internasjonale samarbeid er en avgjørende forutsetning for at også vi skal lykkes med å bekjempe klimaendringene med karbonfangst og -lagring som viktig virkemiddel.

Syv medarbeidere

CLIMIT-programmet er et samarbeid mellom Gassnova og Norges Forskningsråd. Forskningsrådets prosjekter omtales ofte som CLIMIT-FoU, mens Gassnovas del omtales som CLIMIT-Demo. I sekretariatet er det syv medarbeidere som hver har definert ansvar for oppfølging og kontroll av porteføljen med forskningsprogrammer som støttes av CLIMIT. Som sekretariatsleder er Rørvik blant annet ansvarlig for rapportering til styret og dialog med myndighetene og samarbeidspartnere internasjonalt. Virksomheten ledes av et programstyre med ti medlemmer fra industrien, forskningsinstitusjoner og myndighetene. Styret foretar en revisjon av programmet hvert annet år for å sikre at forskningsinnsatsen er “up to date” i forhold til ny kunnskap og innfallsvinkler som kan gi grunnlag for utvikling av teknologi og løsninger som samsvarer med samfunnets behov.  

Langskip et stjerneeksempel

– Programmet ble opprettet i 2005 og er rettet mot bedrifter, forskningsinstitutter, universiteter og høyskoler, ofte i samarbeid med internasjonale selskaper og forskningsinstitusjoner, som kan bidra til å fremskynde kommersialiseringen av CCS. Det mest håndgripelige resultatet så langt er Langskip-prosjektet, der forskningsinnsats støttet av CLIMIT og teknologitesting på Technology Centre Mongstad (TCM) nå gjør det mulig realisere industriell fangst, transport og lagring av CO₂ med fremragende teknologier.

Kari-Lise Rørvik påpeker at CLIMIT gir støtte til forskning på håndtering av alle mulige CO₂-kilder, ikke bare fra punktutslipp i industrien. I forhold til Energi21, den altomfattende forsknings- og innovasjonsstrategien på fornybar energi og klimavennlige energiteknologier, har CLIMIT et ansvar for det som handler om håndtering av CO₂.

Tre satsingsområder

CLIMITs programplan for teknologiutvikling har tre satsingsområder: A. Avkarbonisering av industri og energiressurser, B. Storskala CO₂-lagring på norsk sokkel og C. Nyskapende teknologiutvikling og – løsninger.

– Aker Carbon Captures utvikling av solventen som skal benyttes til fangst av CO₂ på Heidelberg Materials’ sementfabrikk i Brevik mottok støtte fra CLIMIT allerede i 2005. At Aker har lykkes med å få ned kostnader og redusere risiko med sin teknologi har stor betydning for utvikling av så vel verdikjede som verdiskaping knyttet til CCS. Tilsvarende gjelder Northern Lights som er første skritt på veien for å skape den infrastrukturen både Norge og Europa vil trenge for sikker lagring av CO₂, ikke minst med hensyn til overvåking av lagre i ulike geologiske formasjoner. Men det er også særdeles viktig å støtte utvikling av helt nye teknologier som kan bidra til reduksjon i kostnadene ved å håndtere CO₂. På dette området samarbeider vi med andre deler av virkemiddelapparatet om finansiering av prosjekter.

Rørvik viser i den sammenheng til CLIMIT deltar i et samarbeid med Forskningsrådet, Enova, Innovasjon Norge, Siva og Gassnova om grønn vekst. Hensikten er å bidra til en raskere vei fra idé til marked for klimavennlige produkter og tjenester i Norge og internasjonalt.

CCS “løsner” internasjonalt

Med over seks år bak seg som saksbehandler i CLIMIT registrerer Kari-Lise Rørvik nå et betydelig større engasjement, både i Europa og i andre deler av verden, for å gjøre karbonfangst og -lagring til del av klimaløsningen.

– Vi har samarbeidet godt med flere europeiske land, USA, Canada og India i ACT (Accelerating CCS Technologies), et initiativ som nå blir tatt videre i CETP (Clean Energy Transition) som inngår i Horizon Europe-satsingen. Vi har forventninger til at dette vil føre til enda flere innovative prosjekter, der norske forskere og teknologiutviklere tar del.

Med USA inngikk Norge i 2004 en bilateral avtale om forskning, utvikling og demonstrasjon på energifeltet; et samarbeid som både TCM og CLIMIT har bidratt til og som har ført til at en rekke teknologiutviklere har funnet hverandre over Atlanterhavet.

Mission Innovation er et globalt initiativ som med utgangspunkt i Paris-avtalen arbeider for å katalysere handling og investering i forskning, utvikling og demonstrasjon som skal gjøre ren energi rimelig og tilgjengelig – på veien mot netto null-samfunnet. Her har Norge påtatt seg ansvar for å delta i utvikling av teknologier for Carbon Dioxide Removal (CDR), det vil si fangst av CO₂ fra atmosfæren med trygg lagring. Målet er netto reduksjon av 100 millioner tonn CO₂ globalt innen 2030. – Denne satsingen er betinget av at virkemiddelapparatet stiller opp med støtte til prosjekter som har som mål å realisere CDR.

Vil kreve mer av næringslivet

– Gitt de ambisiøse målene for reduksjon I klimagassutslipp, vil behovet for statlig støtte til prosjekter for håndtering av CO₂ være stort også i årene som kommer. Myndighetene har også en viktig oppgave med å bidra til at det på universiteter og høyskoler utvikles den kompetansen vi trenger i form av forskere på høyt internasjonalt nivå. Men samtidig er det viktig at næringslivet tar sin del av risikoen som følger med utvikling av nye teknologier. Et godt samspill mellom næringsliv og virkemiddelapparat er nøkkelen til fortsatt CCS-fremgang, sier hun.

Kostnadseffektiv fangst av CO₂ fra biogassanlegg og industrien

Med støtte fra CLIMIT-FoU har teknologiselskapet CondAlign, sammen med forskere fra SINTEF og NTNU, utviklet en membranteknologi som skal bidra til kostnadseffektiv fangst av CO₂ fra biogassanlegg og industrien.

Membraner har som egenskap at de skiller ut utvalgte stoffer og kan derfor være energieffektive for separasjon av gasser, som for eksempel CO₂. Utfordringen med de membranene som hittil har vært i markedet et at ytelsen er for lav og kostnaden for høy til at teknologien blir konkurransedyktig. Men ved hjelp av nanopartikler og elektrisitet har forskergruppen forbedret CondAlign sin unike teknologi på en måte som gjør den meget relevant for gass-separasjon og CO₂-fangst.

Nyskapende produksjon av membraner

Et tverrfaglig team, bestående av 15 forskere og produktutviklere fra SINTEF, NTNU og CondAlign, har klart å fremstille membraner på en helt ny måte. Kort fortalt har man ved hjelp av ørsmå partikler og elektriske felt klart å manipulere nanopartiklenes plassering og orientering i membranen, som har vist seg svært gunstig for separasjon av gasser. Partiklene er organisert etter et bestemt mønster, slik at bruken av nanopartikler blir mer kostnadseffektiv og egenskapene til membranen forbedres.

Den nyskapende teknologien inngår som ledd i CondAligns kompetansesatsing på fremtidig nye anvendelser av den unike CondAlign teknologien. Teknologien var opprinnelig et resultat av grunnforskning ved Institutt for energiteknikk i Oslo. Grunnteknologien benyttes i dag til å opplinjere termisk eller elektrisk ledende partikler gjennom en 10-100µm tykk polymerfilm, såkalt «through-plane» CondAlign teknologi. Disse polymerfilmene produseres kostnadseffektivt på industriell rull-til-rull maskin hos CondAlign. Innovasjonen er blant annet implementert i en ny type EKG-elektrode, sammenføying av 3D elektronikk og smarte etiketter.

Har søkt patenter på prosessen

CondAlign sendte allerede i 2019 to patentsøknader for å beskytte immaterielle rettigheter, basert på resultater fra den unike prosessen som ble oppnådd i laboratorier. En av disse er innvilget i Norge, og en avgjørelse på den internasjonale søknaden er ventet innen utgangen av året.

– Som et innovasjonsprosjekt for industrisektoren (IPN) har fokus for MembrAlign vært rettet mot bærekraftig verdiskapning og tilgjengeliggjøring av denne nye kunnskapen og løsningene, sier Linn Cecilie Sørvik, leder for produktutvikling i CondAlign.

– I løpet av de fire årene forskning og utprøving pågikk oppnådde vi fire av de fem målene som innledningsvis ble satt for prosjektet. Resultatene har demonstrert «Proof of Concept» i å kunne opplinjere nanopartikler «in-plane» i en polymerfilm med nanotykkelse. Dette er internasjonalt unike forskningsresultater.

Hun viser i denne sammenheng til at man i forsøk med den nye   membranfremstillingsmetoden kan øke CO₂-transporten gjennomsnittlig med 34% uten at det påvirker selektiviteten av CO₂/N₂.

Mer fleksibel – mindre energikrevende

Anvendt i fangst av CO₂ kan teknologien gi løsninger som er mer fleksible og mindre energikrevende enn for eksempel amin-teknologi. Den enkle forklaringen er at organiseringen av nanopartiklene brukes til å påvirke hvordan CO₂ fra røykgass transporteres gjennom membranen. Plasseringen og orientering av nanopartiklene gjør at det dannes et effektivt filter som sørger for at gassen som skal separeres ut går raskt gjennom, mens de øvrige gassene møter mer motstand. Løsningen er at membranen initialt utsettes for et kraftig elektrisk felt, som gjør opplinjeringen, eller byggingen av det spesielle filtermønsteret, mulig. Det er denne prosessen som danner grunnlag for CondAligns patentsøknader.

Passer for småskala installasjoner

– Kunnskapen fra CLIMIT-prosjektet er viktig for pågående produktutvikling og er videre en del av CondAlign sitt teknologiveikart. Innovasjonen er et godt grunnlag for fremtidig produksjon av membraner med den teknologien vi har utviklet for gasseparasjon. Potensielle anvendelser er småskala installasjoner i industrien, landbruket, avfallsanlegg og bioraffinerier. Polymermembraner er attraktivt fordi de gir mindre fotavtrykk og ikke krever bruk av skadelige kjemikalier, påpeker Sørvik.

Har oppnådd svært gode resultater

I MembrAlign-prosjektet ble det fokusert på rensing av CO₂ fra røykgass, men teknologien kan også være aktuell i for-forbrenning, eller fjerning av CO₂ fra naturgass eller biogass.

– MembrAlign-prosjektet har vært en suksess fordi man ved å kombinere kompetanse fra ulike fagmiljøer og jobbe strukturert mot felles mål har lykkes med å oppnå svært gode resultater, sier Åse Slagtern som er saksbehandler i CLIMIT-FoU. – Vi er overbevist om at den teknologien som prosjektet har utviklet vil få betydning i arbeidet for å redusere utslipp av klimagasser.

Fakta om MembrAlign-prosjektet:

Membranes with Aligned nanostructures for CO₂ separation – Prosjektbanken (forskningsradet.no)

Prosjektet ble gjennomført i perioden 2018 – 2021 med et samlet budsjett på 11,2 millioner kroner hvorav 7,7 millioner kroner i støtte fra CLIMIT-programmet til Norges Forskningsråd. Prosjektet baserte seg på utfyllende kompetanse i tre separate miljøer:

• CondAlign: Kompetanse på «in-plane» opplinjering av partikler, produksjon av funksjonell polymerfilm og kommersialisering. Utvikling av produksjonsteknologi for avanserte funksjonelle polymerfilmer.
• SINTEF Industri: Kompetanse på membrankarakterisering, funksjonalisering av nanopartikler, testing av gasseparasjon ved relevante betingelser og modellering av elektriske felt.
• Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU: Kompetanse på membranproduksjon, membrankarakterisering og polymaterialer.

Vår konklusjon etter å ha forsket på holdninger til karbonfangst og -lagring i Norge og Tyskland, er at myndigheter og industrien i begge land har en vei å gå med å informere og skape aksept for at CCS er nødvendig for å nå klimamålene.

Det sier seniorforsker Gisle Andersen i Norwegian Research Centre (NORCE). Han ledet det nylig avsluttede forskningsprosjektet «Public Perceptions of Carbon Capture and Storage (PERCCSEPTIONS)», støttet av CLIMIT-programmet.

Bedre å lagre CO₂ offshore enn på land

En hypotese har vært at lagring av fanget CO₂ offshore vil møte mindre offentlig motstand enn dersom den blir lagret på land, med bakgrunn i blant annet antatt mindre frykt for lekkasjer og miljøproblemer ved lagring i reservoar under havbunnen. Men før gjennomføringen av PERCCSEPTIONS i årene 2019 – 2022 var det gjort lite forskning som verifiserte dette.

– Analysen av de holdningsundersøkelsene vi har utført indikerer at denne hypotesen er korrekt. Den strategien norske myndigheter og industrien i fellesskap har valgt for Langskip- og Northern Lights-prosjektene synes derfor å ha mindre potensial for motstand og konflikter enn landbaserte anlegg for lagring av CO₂ ville hatt, sier Andersen.

Tyskerne kjenner lite til CCS

Men – og der et stort men. I forskningsprosjektet kommer det frem at kunnskapen blant folk flest om hva karbonfangst og -lagring innebærer fortsatt er relativt lav, spesielt i Tyskland. For mens vel 70 prosent av norske respondenter oppgir å ha hørt om «karbonfangst og -lagring», gjelder det bare rundt 35 prosent av tyskerne. Blant dem som har hørt om CCS er et stort flertall i Norge positive til teknologien, mens denne andelen er lavere i Tyskland.

Equinor og tyske Wintershall Dea kunngjorde nylig at de skal samarbeide om å utvikle en omfattende verdikjede for karbonfangst og -lagring, som knytter aktører som slipper ut CO₂ på kontinentet sammen med lagringsanlegg på norsk sokkel. – Denne og tilsvarende avtaler fremover vil selvsagt kunne øke vanlige folks oppmerksomhet om og interesse for CCS som fenomen og klimatiltak, og kan med det gjøre det enklere å nå frem med informasjon om rollen teknologien spiller for å redusere klimagassutslipp, fremholder Andersen.

Skepsis til CO₂-import i Norge

– Men i begge land har myndighetene og industrien en jobb å gjøre med å forklare hvordan fangst av CO₂ skal foregå og hvordan fangsten skal lagres uten negative miljøkonsekvenser. Selv om kunnskapsnivået og aksept av CCS som teknologi er vesentlig høyere i Norge enn i Tyskland, så gjør det seg her gjeldende betydelig skepsis mot import av CO₂ fra andre land. Når dette jo er et viktig premiss for investeringene i Northern Lights, med mottaksanlegg i Øygarden og lagring under havbunnen i Nordsjøen, tilsier dette mer og bedre informasjon til befolkningen om hvorfor og hvordan vi i Norge satser på å ta en ledende posisjon i Europa gjennom satsing på CCS som en viktig del av det grønne skiftet. Det er viktig å gi god og klar informasjon om hva som skjer med CO₂ ved lagring i geologiske formasjoner, og om sannsynlighet og konsekvenser ved lekkasjer både ved lagring og transport, sier Gisle Andersen.

Han legger til at det særlig viktig å informere godt om planene om å etablere en europeisk infrastruktur for transport og lagring, og hvorfor slikt samarbeid er nødvendig. Det synes relevant å få frem at teknologien er den eneste kjente muligheten for å fjerne utslipp fra noen typer prosessindustri, fra sementproduksjon og fra avfallsforbrenning. I Tyskland er det i viktig å starte en offentlig samtale om CCS og gjøre det klart at det ikke handler om å videreføre kullfyrte kraftverk, men om å kunne fortsette å produsere sement eller drive avfallsforbrenningsanlegg.

Bedre kunnskap om årsaker til støtte og skepsis

I forskningsprosjektet er det benyttet åpne besvarelser for å vurdere hvordan ulike resonnement leder til aksept eller motstand mot CCS. Norsk Medborgerpanel og tilsvarende tyske paneler ble brukt for å sikre høykvalitets data om folks meninger under forskjellige scenarier. Prosjektet har dermed bidratt til ny kunnskap om drivkreftene bak aksept for og motstand mot storskala implementering av CCS teknologi, samt internasjonal transport av CO₂.

– Analyser av åpne besvarelser viser at det er ulike tema assosiert med støtte og skepsis til teknologien. Respondenter som er skeptiske tar i åpne svar opp faren for lekkasjer fra lagring, kostnader, og at teknologien kan bli en «sovepute» som hindrer nødvendig samfunnsomstilling. I tillegg er det en del som uttrykker bekymring for risiko og utslipp knyttet til fangst- og transport.

Respondenter som er positive til teknologien vektlegger raske utslippskutt, arbeidsplasser for Norge, teknologieksport og grønn omstilling i oljesektoren. Disse analysene viser også at mange av dem som er positive til CCS, stiller betingelser for sin vurdering. De faktorene som nevnes er i all hovedsak de samme som nevnes av dem som ikke er positive til teknologien. – Dette er interessant fordi det viser hvilke dimensjoner som er særlig viktig når denne teknologien vurderes av folk flest, og her ser de samlede miljøkonsekvensene for klima og miljø ut til å være avgjørende, sier seniorforsker Gisle Andersen.

Forskningsprosjektet PERCCSEPTIONS ble støttet av Forskningsrådets CLIMIT-program med 4,6 millioner kroner. 

De foreløpige resultatene var positive, og det arbeides med en full CLIMIT-Demo søknad for å videreutvikle metodene, som også kan ende opp med å bli et direkte bidrag inn i Lagringsatlasene til Oljedirektoratet.

 

Forseglingskapasiteten til en takbergart er vesentlig i et CO₂-lager

Kvaliteten av forseglingen til et CO₂-reservoar er et viktig og stort spørsmål for sikkerheten til et CO₂-lager. Det er et krav å påvise forsegling i søknaden om lagringstillatelse. Det er generelt vanskelig å påvise kvaliteten av denne i tidlige faser, og dersom det senere viser seg at forseglingen er dårlig og at CO₂ dermed kan lekke, vil store investeringer og arbeider potensielt være bortkastet.  Det er derfor viktig å kunne screene forseglingskvaliteten så godt som mulig i tidlige stadier for å unngå senere skuffelser.

Allerede i en mulighetsstudie-fasen er det ønskelig å kunne anslå trykkbegrensninger for et mulig CO₂-lager.

For å oppsummere forprosjektet sier Wedberg følgende: – Vi testet en ide som kan hjelpe å bestemme disse trykkbegrensningene og som kan være spesielt egnet i områder aktuell for CO₂-lagring. En viktig del av vår løsning ligger i å utnytte den mineralogiske sammensetningen til bergartene. Physiq.ai har utnyttet borekaks for å bestemme dette på en rimelig og effektiv måte.

 

Metoden benytter eksisterende data på en ny måte

Metoden baserer seg på LOP-data (leak of pressure) fra norsk kontinentalsokkel (NCS) som er tilgengelig fra npd.no. Når man plotter alle disse dataene opp mod dybde så kan man se at det er visse trender i de tre hovedregionene på NCS, men også at det er store variasjoner (figur 1).

 

Physiq.ai undersøkte om disse variasjonene kunne forklares med kvartsinnholdet i bergartene.

For å teste ut denne hypotesen ble brønner fra et geografisk avgrenset område benyttet for å få et datasett med noenlunde samme geologiske historie. Figur 2 viser et plot over Marflo Spur, hvor LOP er plottet mod dyp, men også hvor kvartskonsentrasjon er inkludert (størrelse og farge på plottmarkørene).

Basert på funnene fra Marflo Spur, ble det utarbeidet tre ulike modeller for å predikere LOP for det valgte området.

1. Kun fra Sv
2. Kun fra kvartskonsentrasjon
3. Fra en kombinasjon av Sv og kvartskonsentrasjon

Sv ble valgt fremfor dyp (som ble brukt i figur 2), da det er en direkte fysisk link til denne størrelsen og ville kunne benyttes med større suksess i grunnere formasjoner.

De 3 modellene ble evaluert ved hjelp av R2 (en metode for å bestemme avvik) og RMSE (root mean squared error). Resultatene viste at metode 3, med kombinasjon av Sv og kvartskonsentrasjon ga en R2 på 0.82 og en RMSE på 0.06. Dette er signifikant forbedring av resultatene mål opp mot metode 1 og 2. Andre parametere ble også testet, men hadde ikke signifikante utslag slik som kvartsinnholdet viste.

Metoden ble også testet på Tampen Spur og Halten Terrasse for å utelukke at dette var noe spesifikt for Marflo Spur. Også i disse modellene ga kombinasjonen av Sv og kvartskonsentrasjon signifikant forbedring av R2 og RMSE.

Potensialet til denne metoden er vist i figur 3 under.

Det nest siste panelet mot høyre, Geomehanics er av størst interesse her. Den grønne linjen er kalkulert Sv (fra compaction trend) og den røde er kalkulert LOP (multi-lineær modell). De blå prikkene er målt LOP. Som man kan se er det veldig god korrelasjon mellom målte data og kalkulerte data.

– De innledende testene av metoden er oppmuntrende og motiverer for videre arbeid. Dersom vi lyktes vil den bidra til å bedre forståelsen av lekkasjefare i tidlig letefase, noe som reduserer kostnader og derved gjør CO₂-lagring mer kommersielt attraktivt. Forhåpentlig kan dette bli et lite bidrag til å redusere klima utfordringen vår sivilisasjon står oppe i!, sier Wedberg avslutningsvis.

Protonic Membrane Reformer (PMR) teknologien produserer hydrogen fra naturgass med høy energieffektivitet og med integrert CO₂-fangst.

Testet i en pilot

Det nåværende prosjektet er en videreføring av CLIMIT-prosjekt 618191 PROTONIC fase I, og hovedmålet med fase II var å oppskalere  teknologien ved pilottester.

Prosjektets hovedarbeidspakker:

• Ytelses- og langtidstester av membranmoduler;
• Prosjektering, bygging og testing av to piloter;
• Teknisk- og teknoøkonomisk modellering og produksjons modning

Prosjektresultater har bekreftet høy ytelse når det gjelder samtidig produksjon av hydrogen med høy renhet og trykksatt CO₂  klar for flytendegjøring. Langtidstesting av membranmoduler har nådd 3 100 timer og prosjektet har utviklet og fabrikkert to piloter med kapasitet på 2 kg hydrogen per dag. Disse har vært installert og testet hos Sintef og et energiselskap.

Delt sine resultater

Beregningsmodeller og teknoøkonomiske vurderinger er sammen med laboratorietestresultater blitt delt gjennom Science artikkelen «Single-step hydrogen production from NH₃, CH₄, and biogas in stacked proton ceramic reactors» publisert i april 2022. Artikkelen har fått oppmerksomhet gjennom nasjonale og internasjonale medier, blogginnlegg og omtale i sosiale medier.  Dette kan bl.a. sees på https://science.altmetric.com/details/127097079.

• Hydrogen production and carbon capture – in a single step, Norwegianscitechnews.com, https://norwegianscitechnews.com/2022/07/hydrogen-production-and-carbon-capture-in-a-single-step/
• Dette røret kan være et stort skritt fremover for blått hydrogen, Titan.uni.no (in Norwegian). https://titan.uio.no/kjemi/2022/dette-roret-kan-vaere-et-stort-skritt-fremover-blatt-hydrogen
• Clark et al, Single-step hydrogen production from NH3, CH4, and biogas in stacked proton ceramic reactors, Science (2022). 
• Malerød-Fjeld et al, Thermo-electrochemical production of compressed hydrogen from methane with near-zero energy loss, Nature Energy (2017). https://www.nature.com/articles/s41560-017-0029-4
• Project page for PROTONIC phase II: https://climit.no/prosjekt/conversion-of-natural-gas-to-hydrogen-and-compressed-co2-using-protonic-membrane-reformer-technology-protonic-phase-ii/
• Project page for PROTONIC phase I: https://climit.no/project/protonic-membrane-reformer-technology-for-conversion-of-natural-gas-to-hydrogen-and-co2/

Det sier Anne Cathrine Syversen fra industri- og teknologiklyngen Powered by Telemark, og som er prosjektleder for Grenland Industrial CO₂ Capture and Storage (GICCS). Forskningsprosjektet startet i november i fjor og skal avsluttes i 2024. Det har et budsjett på 11,4 millioner kroner, likelig finansiert av industrien og i form av støtte fra CLIMIT-programmet. Arbeidet springer ut av klyngens veikart, som identifiserer 25 prosjekter som skal sørge for at Grenland blir verdens første klimapositive industriregion.

Dette blir en formidabel jobb, sett på bakgrunn av at industrien i Grenland står for ca. 20 prosent av CO₂ utslippene fra norsk industri med totalt ca. 2,4 millioner tonn årlig. Når fangstanlegget tilknyttet Langskip-prosjektet på Heidelberg Materials’ sementfabrikk i Brevik kommer i drift om to år reduseres utslippene med ca. 400.000 tonn CO₂ årlig. Om lag 800.000 tonn vil følge av at Yara gjennom prosjektet HEGRA legger om sin gjødselproduksjon med grønn elektrifisering.

Felles løsninger for å bli kvitt alle klimautslipp

– Fokus i GICCS er dermed å utrede og beregne grunnlaget for bortfall av utslipp av ca 1,2 millioner tonn CO₂ årlig fra industribedriftene i regionen gjennom felles satsning og felles løsninger som begrenser kostnadene for den enkelte bedrift. Målet er at det etableres et fellesanlegg for mottak og separasjon av CO₂ fra industrien, som alle bedrifter kan koble seg på, forteller Syversen.

Det er SINTEF Industri i Porsgrunnsom gjennomfører prosjektet, med bidrag fra forskere ved Universitetet i Sørøst-Norge. Kristian Aas er koordinator for alle aktivitetene og han sier at samarbeidet med bedriftene knyttet til innsamling av data er godt.

Skal benytte tilgjengelig spillvarme

– I første fase har vi kartlagt hvor mye spillvarme som er tilgjengelig fra industrien til drift av anlegg for fangst av CO₂. Dette er vesentlig for å holde energikostnadene så lave som mulig. I neste fase vil vi se på om det også er spillvarme fra andre industribedrifter i nærheten som er tilgjengelig, og vurdere bruk av høytemperatur varmepumper. Noe elektrisk kraft vil være nødvendig for å drifte anleggene med kompressorer og annet utstyr, og dette behovet skal vi kvantifisere.

Må gjøre omfattende undersøkelser

Grenland er Norges største industriregion med drøye 6.000 arbeidsplasser tilknyttet industrien.

Bedriftene som har størst utslipp er Ineos Rafnes, Inovyn Norge, ERAMET Porsgrunn og Heidelberg Materials (utslipp av ca 400.000 tonn CO₂ som ikke blir fanget i Langskip-anlegget). Tanken er at det på hver av bedriftene etableres en absorber for CO₂ holdige røykgasser som bindes sammen i en rørgate og føres til en felles «stripper» der klimagassen skilles ut i en fangstprosess basert på aminer – som er den mest modne av teknologiene for fangst av CO₂. Fangsten skal lagres i flytende form og transporteres fra felles lager og kai til et reservoar.

– Her spiller imidlertid geografien og virksomhetenes plassering rundt fjorden en rolle for om det bør etableres ett eller flere fangstanlegg. Vi vil også måtte gjøre en vurdering av om det, basert på de ulike røykgassenes beskaffenhet, eventuelt kan være hensiktsmessig også å benytte alternative teknologier for fangst av CO₂ som krever mindre varme. Men hvis amin-teknologien alt i alt er å foretrekke, trenger vi sikker kunnskap om hvor høy temperatur dette løsemiddelet kan ha i de planlagte rørgatene, sier Aas.

Trekker på sterk og bred kompetanse

For å gi svar på disse og mange andre tekniske utfordringer trekker forskerne på kompetansen i hele SINTEF. Med i prosjektet er også Nippon Gases, som er en verdensledende aktør på CO₂ håndtering. Dessuten deltar Bluegreen med ekspertise på termoplast og Pipelife som er produsent av systemer for plastrør. I tillegg skal Bouvet vurdere sensorer og IT-løsninger.

En annen viktig partner er Herøya Industripark, som er tiltenkt rollen som vertsted for felles løsninger. Prosjektet har også engasjert Norsk e-fuel og Nordic Electrofuel til å utrede muligheten for gjenbruk av CO₂ i regionen.

Vil ha betydelig overføringsverdi

– Prosjektet er delt inn i fem arbeidspakker og det er planlagt i alt 29 delrapporter før levering av en sluttrapport om to år. Deltakerne vil på den måten få god anledning til å komme med innspill og synspunkter før den endelige oppsummeringen av anbefalinger for bygging og drift av anlegg blir lagt frem, fremholder Anne Cathrine Syversen.

SINTEF har for øvrig opprettet en egen web-side for prosjektet som løpende skal oppdateres med vurderinger og resultater etter hvert som forskningsarbeidet skrider frem.

­– Å formidle kunnskap underveis i prosjektet er viktig, fordi vi mener det vi kommer frem til av anbefalte løsninger i Grenland vil ha overføringsverdi til andre industriregioner både i Norge og i Europa som har den samme utfordringen som oss. Det handler om å kunne opprettholde produksjon og sysselsetting i industrien, og dermed velferden til folk og land, uten skade på klima og miljø. Men uten det faglige og økonomiske bidraget gjennom CLIMIT-programmet hadde vi ikke kunnet gjennomføre et så omfattende og grundig forskningsarbeid. Vi er derfor svært takknemlige for at Gassnova, med sin tilstedeværelse i Porsgrunn, har vært og er en entusiastisk pådriver for prosjektet. Det forplikter – og vi skal levere, lover prosjektleder Anne Cathrine Syversen.

CLIMIT har gitt 8 MNOK i støtte til CAPEWASTE

CLIMIT-programmet jobber med å tilpasse seg en verden i endring og støtte til avfallsbransjen er en av de nye bransjene som kommer med flere og flere søknader. Dette er en bransje med stor bredde og anlegg som må gjøre små og store tilpasninger for å kunne ta i bruk CCS. Anlegget til EGE Oslo kommune på Haraldrud hadde behov for å se på hva som måtte til av tilpasninger for at CO₂-fangst kunne bli en realitet ved anlegget, da anlegget skal fornyes i 2030.

CLIMIT-prosjektet «CAPEWASTE» har studert utfordringene knyttet til en fangstteknologi basert på oxy-fuel forbrenning, der oksygen brukes i stedet for luft i avfallsforbrenningsprosessen. Røykgassen i en slik prosess består bare av CO₂ og vanndamp, noe som gjør CO₂ lett å separere ved enkel kondensering av vann. Det er en svært innovativ løsning, og ingen slike anlegg har noen gang blitt bygd tidligere.

CO₂-fangst i energigjenvinning sektoren

CO₂-fangst fra avfallssektoren er et industrielt initiativ som adresserer begge utfordringene med det ekstra potensialet for å være karbonnegativ. Implementering av CCS i det nye anlegget på Haraldrud støttes sterkt av de positive resultatene fra fullskala CCS-mulighetsstudien utført av Gassnova, samt infrastrukturen for å transportere CO₂ til Oslo havn og videre lagring i Smeaheia-området offshore, som er planlagt til å være operativt i 2024.

FoU-samarbeidspartneren SINTEF Energi studerte eksperimentelt hvordan man effektivt brenner husholdningsavfall i en oxy-fuel forbrenningsatmosfære og deretter skalere opp teknologien ved hjelp av numerisk simulering. Gjennom et tett internasjonalt samarbeid med partnere i et assosiert prosjekt (NuCA) i Tyskland er teknologien videre testet i pilotskala. Det er utvekslet resultater på tvers av landegrenser.

• Det er svært gledelig at vi også fikk til et samarbeid med Tyskland som er blitt en viktig samarbeidspartner for CCS i Europa blant annet gjennom ACT-prosjektet NEWEST-CCUS som startet i 2019, sier saksbehandler i CLIMIT, Åse Slagtern. Som også understreker betydningen dette prosjektet kan få for avfallsindustrien i verden. Det er muligheter.

Avgjørelse basert på forskningserfaring

Etter endt treårig forskning har prosjektet betydd en økt kompetanse for alle prosjektpartnerne på en umoden fangstteknologi. For anleggets eier har prosjektet et godt grunnlag for å ta en kunnskapsbasert avgjørelse om muligheten og potensialet for å benytte oxy-fuel fangstteknologien for det fremtidige energigjenvinningsanlegget på Haraldrud.

CLIMIT-programmet ønsker å bidra til det grønne skiftet, og gjennom Forskningsrådets utlysninger våren 2022 var CO₂-håndtering ett av flere prioriterte tema. Det kom hele 23 søknader innen fangst-transport og lagring av CO₂ som samlet søkte om 228 millioner kroner i støtte fra Forskningsrådet.

Hard konkurranse

På CLIMITs programstyremøte 21. juni 2022 fikk seks søknader innvilget støtte med totalt 60 millioner kroner. Det har altså vært hard konkurranse om midlene, og kun hver fjerde søknad har fått støtte. Flere gode søknader har dessverre fått avslag fordi det ikke har vært tilstrekkelig med midler til å støtte alle gode søknader.

Søknadene har blitt behandlet etter vanlige prosedyrer i Forskningsrådet der eksterne fageksperter har spilt en sentral rolle i å vurdere søknadens kvaliteter. Det er CLIMITs programstyre som til syvende og sist vedtar støtte til de beste søknadene.

De nye prosjektene

De seks nye prosjektene vil bli behørig presentert i Forskningsrådets prosjektbank så fort kontrakter er signert. Det forventes å skje i løpet av høsten 2022. En kort beskrivelse av de nye prosjektene er gitt nedenfor.

Prosjekt-nummer	Prosjekttittel	Prosjekteier
36222	Advanced energy recovery and CO2 capture systems for a decarbonised ferroalloy industry	SINTEF Energi
336266	Data and models to optimize maritime CO2 transport and offshore injection	SINTEF Energi
336294	Expansion of Resources for CO2 Storage on the Horda Platform	NORCE
336355	Primary Flow Reference for CCS	SINTEF Energi
336357	Future Drinking Water Levels of Nitrosamines and Nitramines near a CO2 Capture Plant	NIVA
336939	Advancing LedaFlow for robust and accurate multiphase flow simulations to enable transport and injection of CO2	LedaFlow Technologies DA

Forskningsrådet har store forventninger til de nye prosjektene. Resultater fra prosjektene vil være viktig får å kunne bygge fangst, transport og lagring av CO₂ i stor skala. Prosjektene kan lede til kostnadsreduksjoner, hvilket er viktig for at CO₂-håndtering skal bli en sentral del av det grønne skiftet. De nye prosjektene vil også være nyttige for den gevinstrealisering politikerne legger opp til i forbindelse med det norske fullskalaprosjektet for CO₂-håndtering, Langskip.

En gruppe ser blant annet på: hvordan eksport av CO₂ til andre land påvirker støtten til CCS og hvilke faktorer som påvirker folkelig oppslutning til CCS-prosjekter under bygging/planlegging.

Hvordan samfunnet vil kunne forholde seg til CCS

Det er tre ulike prosjekter, men de har alle det til felles at de ser på hvordan samfunnet vil kunne forholde seg til CCS. Hva skal til i Europa for å få aksept for CCS og hvordan markedstilpasninger må gjøres for å kunne rulle ut produksjon av blått hydrogen. – Vi ser fram til å legge fram resultater fra disse tre lovende prosjektene, sier Åse Slagtern, saksbehandler i CLIMIT-FoU som lover vi vil få høre mer fra disse prosjektene i tiden som kommer.

De tre prosjektene

 

Utvikling av verdikjeder for lagring av CO₂ og blå hydrogen i Europa

• Stiftelsen Frischsenteret for samfunnsøkonomisk forskning
• 5,2 MNOK

For å utvikle markeder for lagring av CO₂ og hydrogen, må et klassisk koordineringsproblem løses: En blå hydrogenprodusent er ikke villig til å investere i fasiliteter før produsenten har god grunn til å tro at det blir utviklet et lager for CO₂. Tilsvarende gjelder at en aktør som vurderer å bygge ut et lager for CO₂ er neppe villig til å investere før lageroperatør er rimelig sikker på at man vil få kunder.

Dette prosjektet skal analysere utviklingen av verdikjeder for lagring av CO₂ og hydrogen i Europa. De viktigste elementene i prosjektet er:

• Vurdere etterspørselen etter CO₂-lagring, spesielt betydning av sosial aksept og økonomiske faktorer for etterspørselen etter lagringstjenester,
• Studere konkurransen mellom CO₂-lagere i Europa når viktige faktorer som stordriftsfordeler og industriell læring tas hensyn til
• Utvikle forretningsmodeller som sikrer en effektiv risikofordeling mellom private og offentlige aktører
• Studere konkurransen mellom blått og grønt hydrogen og konkurransen mellom konvensjonell kraft, CCS-basert kraft og fornybar kraft, samt drøfte design av virkemidler som sikrer en samfunnsøkonomisk gunstig utvikling av verdikjedene for CO₂-lagring og hydrogen
• Vurdere hvordan det norske Northern Lights prosjektet kan endre markedsstrukturen.

Som en del av prosjektet vil en PhD og en postdoktor rekrutteres.

 

Spiller det noen rolle hvilket land CO₂ kommer fra? Holdninger til et nordeuropeisk marked for CO₂-lagring (CCSMARKET)

• NORCE Norwegian Research Centre AS
• 5,2 MNOK
•  

CCSMARKET analyserer hva folk i Norge, Tyskland, Danmark, Nederland og Storbritannia mener om karbonfangst og lagring (CCS).  Manglende folkelig aksept, spesielt knyttet til lagring under bakken på land, har tidligere vært en barriere for å etablere CCS i Europa.

I dette prosjektet ønsker de å finne ut hvordan eksport av CO₂ til andre land påvirker støtten til CCS i eksport-nasjonene og hvordan det påvirker støtten til CCS i import-nasjonene. Til å undersøke dette vil NORCE benytte komparative spørreundersøkelser. Formålet er å identifisere og å kvantifisere faktorer som påvirker folkelig oppslutning til CCS prosjekter under bygging/planlegging. Målet er å få bedre forståelse av mekanismene som påvirker holdninger til CCS.

 

Sosio-tekniske drivere, muligheter og utfordringer for storskala CCUS

• SINTEF AS
• 10, 7 MNOK
•  

Prosjektet tar utgangspunkt i det tverrfaglige forskningsfeltet på bærekraftig omstilling og legger opp til å forstå innovasjonsprosessene rundt etableringen av CCS. Prosjektet skal analysere innovasjon knyttet til hele verdikjeden av CCS og CCU (karbonfangst og lagring og bruk av CO₂) og ser på hvordan strategier og forretningsmodeller til sentrale industriaktører og regionale industrielle transformasjonsprosesser er med på å forme utviklingen av CCUS og omvendt.

CaptureX fokuserer videre på viktigheten av legitimeringsprosesser (herunder aksept) og politikkutvikling for utvikling og spredning av CCUS.

CaptureX prosjektet gjennomføres av en ledende gruppe samfunnsvitenskapelige energiforskere i Norge (SINTEF Digital, NTNU KULT, UiO TIK) og Sverige (Chalmers) og involverer CCS-eksperter fra SINTEF Energi.

Som en del av prosjektet vil to postdoktorer bli rekruttert.