Internasjonale synergier

Rett etter ferien starter vi å planlegge neste års CLIMIT SUMMIT. Vi håper å se deg der, så sett av 7.-9. februar i kalenderen din. CLIMITs programstyre vedtok på junimøtet sitt at de vil arrangere et summit i 2023 og sekretariatet har fått i oppdrag å planlegge dette arrangementet som vil foregå fra lunsj-lunsj. I 2023 vil dette foregå på Bølgen i Larvik.

Arrangement i 2023 er tenkt innrettet mot gevinstrealisering og erfaringer knyttet opp mot Langskip og ACT, CETP, Mission Innovation, IEAGHG og CSLF. Derigjennom skape gode synergier mellom CLIMIT-prosjektene og internasjonale aktiviteter. CLIMITs prosjektportefølje vil også selvsagt bli presentert som en viktig del av Summiten. Vi gleder oss til å se deg fysisk i Larvik i februar 2023.

Ta mer enn gjerne kontakt med oss og vår prosjektleder Liv Lønne Dille om du går med tanker om å koble et arrangement til Summiten.

For mer informasjon

Et sekundært mål er å styrke det internasjonale samarbeidet innenfor CO₂-håndtering.

• 

• 

Om utlysningen

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. 

To publikasjoner er åpent tilgjengelig:

• D5.1 Syntese av hovedfunn for PreemCCS
  • Tilgjengelig online i Chalmers arkiv: https://research.chalmers.se/publication/528685

• D4.2 Juridisk og regulatorisk rammeverk for svensk/norsk CCS-samarbeid
  • Tilgjengelig online i SINTEF-arkivet: https://hdl.handle.net/11250/2984155

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 CO_2- 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.

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.

Og dette er helt kritisk. For kostnadene må ned.

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:

• Ammonia Technology Road – mot en mer bærekraftig gjødsel produksjon
• World Energy Outlook 2021
• CO₂ emissions in 2021
• Direct Air Capture – A key technology for net zero
• A 10 point plan to reduce European Reliance on Russian Natural Gas

Noen interessante planlagte nye rapporter:

• 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.

Neste Offshore geological CO2 workshop skal være ved universitetet i Texas 19.-20. mai.

Det ble rapportert fra CEMCCUS sine aktiviteter som er organisert under CEM (Clean Energy Ministerial).

Nye rapporter

En viktig del av IEAGHG møtet er gjennomgang av rapporter som er publisert siden sist, de som er underveis og vedtak av nye rapporter.

Mange rapporter er publisert siden sist

Technical Reports (ieaghg.org)

Studie	Kontraktor	Rapport nr.
CO2 as a Feedstock: Comparison of CCU Pathways	Element Energy	2021-02
CO2 Utilisation: Hydrogenation Pathways	Element Energy	2021-03
Techno-economic Performance, Opportunities, and Challenges of NETs	Imperial Consultants (ICON)	2021-04
Global Assessment of DAC	Element Energy	2021-05
Criteria for Depleted Reservoirs to be Developed for CO2 Storage BEG	UoTX	2022-01
Current State of Knowledge Regarding the Risk of Induced Seismicity at CO2 Storage Projects BEG	UoTX	2022-02
Prime Solvent Candidates for Next Generation of PCC Plants	Khalifa University	2022-03
From CO2 to Building Materials – Improving Process Efficiency	Imperial Consultants (ICON)	2022-04
Feasibility Study on Achieving Deep Decarbonization in Worldwide Fertilizer Production	Wood (Italy)	2022-05

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.

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.»

• 

• 

• 

• 

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 (NO_x) som overskrider lovbestemte utslippsgrenser. NO_x 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 NO_x-utslipp

En utfordring er at forbrenningen av ammoniakk-anriket brensel, om det ikke gjøres på riktige måte, kan også resultere i betydelige utslipp av NO_x og potente klimagasser som lystgass (N₂O). Ved å organisere forbrenningen i ulike stadier i brennkammeret, har prosjektet klart å redusere dannelsen av NO_x 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 NO_x. 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.

Vitenskapelige publikasjoner

• Chemical kinetics of hydrogen/ammonia flames:
  • https://doi.org/10.1002/er.4891
• Spatial patter of NO_x formation in hydrogen/ammonia flames:
  • https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2021.111520
• Blow-out limits of hydrogen/ammonia vs methane turbulent flames:
  • https://doi.org/10.1016/j.proci.2020.07.011
• Pressure scaling of flame propagation in hydrogen-enriched flames:
  • https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2021.111740
• Experimental demonstration of rich-lean staging of hydrogen/ammonia combustion in a gas turbine burner

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.

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.

 

• 

• 

• 

• 

• 

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».