Liten fare for migrasjon av CO₂

Før CO₂ injiseres i et reservoar, må det foretas omfattende vurderinger av reservoarets evne til å holde på gassen. Det er en bred oppfatning i forskermiljøet at risikoen for migrasjon fra velkjente geologiske strukturer er svært liten, men det er viktig å ha god kontroll på faktorene som påvirker lagringsevnen.

Sikker lagring

DE FØRSTE STRUKTURENE SOM velges ut for lagring, vet man med stor sikkerhet er tette. For at dette skal være et utbredt klimatiltak, trengs et stort antall lagringsprosjekter. Det vil derfor etter hvert bli nødvendig også å lagre i formasjoner som har en litt mindre optimal geologi.

«Fremdeles vil risikoen ved CO₂-lagring være svært liten – og langt, langt mindre enn om vi ikke går i gang med dette klimatiltaket. Men for å være på den sikre siden, ønsker vi å danne oss et bedre bilde av hva som kan skje i havet dersom noe CO₂ skulle piple ut», sier prosjektleder Guttorm Alendal ved Universitetet i Bergen.

BayMoDe-prosjektet

BayMoDe-prosjektet har vært med på å utvikle metodikk for å forstå slike hendelsesforløp bedre. Prosjektet har vært gjennomført i tett tospann med et stort EU-prosjekt, STEMM-CCS, og bygger på et tidligere EU-prosjekt, ECO₂.

«I dette prosjektet ser vi ikke på risikoen for en migrasjon, men kun på scenarier der CO₂ kommer opp fra havbunnen og sprer seg i vannmassene», sier Alendal. «I et slikt scenario vil CO₂ enten sive ut av havbunnen i form av bobler eller oppløst i sjøvann. Gjennom flere prosjekter har vi utviklet matematisk verktøy som simulerer hvordan da CO₂ vil spre seg».

Dette er kunnskap som vil være helt nødvendig for å kunne ta i bruk CO₂-lagring i stor skala verden over.

Begrensede konsekvenser av utslipp

I et hypotetisk tilfelle hvor CO₂ kommer opp i ren fase i Nordsjøen, vil det være som gassbobler gjennom havbunnen. Disse vil stige oppover i vannmassene og raskt løses opp i havvannet og transporteres med lokale vannmasser. Økt CO₂-innhold vil føre til en forsuring, med mulige påfølgende miljøkonsekvenser, men denne effekten vil avta raskt hvis vi beveger oss bort fra utslippspunktet. Tidevannet og lokal turbulens gjør at signalet av et utslipp vil variere veldig, og vil være avhengig av hvor vi måler.

«Men beregninger viser at konsekvensene av slike utslipp vil være begrensede. Hvis man er uheldig, kan man for eksempel risikere en forsuring av et område på størrelse med en fotballbane. Og siden Nordsjøen strekker seg over et stort område, vil konsekvensene være små. Likevel er noen områder mer sårbare enn andre, for eksempel gyteplasser eller steder med koraller», sier Alendal.

Måleprogram

Et overvåkningsprogram gir bedre oversikt over hvilke faktorer som påvirker det marine miljøet. Ned- blanding fra atmosfæren, for eksempel, som gir forsuring av det mest biologisk produktive overflatelaget, er ofte en underkommunisert konsekvens av våre CO₂-utslipp.

Faktisk vil et godt måleprogram kunne settes i sammenheng med FNs bærekraftmål, spesielt SDG14 liv under vann, gjennom samarbeid med andre marine overvåkningsprogram. Ofte brukes kun SDG13 klimatiltak som grunn for storskala lagring av CO₂.

Siden CO₂ er naturlig til stede i havet og konsentrasjonen varierer både i tid og rom, er det en utfordring å skille utslipp fra den naturlige variasjonen i CO₂-konsentrasjon. Her har BayMoDe bidratt med å utvikle metoder for å designe måleprogram som tallfester og reduserer usikkerheter.

Matematiske modeller

I bunnen ligger simulering av bevegelser i vannmassene ved hjelp av matematiske modeller, såkalte havmodeller som beskriver de komplekse strømmene i Nordsjø-bassenget fra 70-tallet og fremover, og som blant annet brukes av meteorologene. En tenkt kilde legges til, og transport og fortynning av CO₂-signalet simuleres og brukes i forenklede og statistiske modeller.

«Vi har fokusert på å finne metoder for å modellere et sannsynlig fotavtrykk av en migrasjon, ved å kombinere målestatistikk, matematisk modellering og Bayesian sannsynlighetsberegning», sier Alendal.

Resultatene fra BayMoDe trekkes videre i andre prosjekter. Blant annet jobbes det med å utvikle web- basert programvare som kan benyttes av industrien og myndighetene i et nystartet ACT-finansiert prosjekt, ACTOM.

Fakta om prosjektet

Bayesian Monitoring Design (BayMoDe)

Prosjekteier: Universitetet i Bergen
Prosjektperiode: 2016–2020
Totalbudsjett 9,3 MNOK
CLIMIT-støtte: 6,6 MNOK
Partnere: NORCE, Plymouth Marine Laboratory og Heriot-Watt University

Løsninger for fremtidig CO₂-lagring

I SWAP-prosjektet har Equinor samlet inn strategiske undergrunnsdata for å utforske mulighetene for å lagre store mengder CO₂ i en salin akvifer øst for Trollfeltet.

SWAP

SWAP ER EN DEL AV EQUINORS Scale-up of CO₂ Storage-prosjekt, og er nært knyttet opp til selskapets hydrogen- strategi. I produksjon av hydrogen fra naturgass dannes store mengder CO₂, som Equinor planlegger å lagre på norsk sokkel. Behovet for lagringsplasser vil også øke etter hvert som karbonfangst blir en mer utbredt teknologi for å redusere utslipp fra industri i Norge og Europa.

«Vi ønsket å undersøke potensialet for storskala CO₂-lagring på Horda-plattformen, altså området rundt Troll, og særlig da knyttet opp mot mulige fremtidige faser av Nor thern Lights prosjektet», sier prosjektleder Rune Thorsen i Equinor.

Bedre forståelse for trykket

Northern Lights omfatter transport og permanent lagring av CO₂ i en geologisk formasjon under Nordsjøen, og er en del av Norges fullskala CCS-prosjekt. I en tidlig fase vurderte Northern Lights-prosjektet å lagre CO₂ på Smeaheia, et område øst for Trollfeltet. Men etter mulighetsstudien oppsto usikkerhet om reservoaret var en egnet lagringsplass gitt de endrede forutsetningene som ble forelagt prosjektet.

Studier viste at reservoarene i Smeaheia-området kunne være sammenkoblet med reservoar-sandsteinene på Troll. Dersom det var stor grad av trykk-kommunikasjon mellom områdene, kunne det få betydning for lagringskapasiteten på Smeaheia. Troll
skal produsere gass til 2054, og dermed vil trykket i reservoaret på Smeaheia kunne falle i takt med Troll i årene fremover.

CO₂ injiseres vanligvis i et reservoar i flytende fase. Hvis trykket på Smeaheia faller mye, så vil CO₂en kunne ekspandere fra væske til gass, som igjen tar mer plass i reservoaret. Dermed ville man potensielt kunne lagre mindre CO₂ i Smeaheia enn det planene forutså. Dette var en grunn til at Northern Lights valgte å flytte lagringsstedet til Aurora-området sør for Troll Vest.

«Men i Scale-up of CO₂ Storage-prosjektet valgte vi å jobbe videre internt med det området som ble forlatt i 2018», sier Thorsen. «Vi hadde ikke mistet troen på Smeaheia-området som fremtidig lagringssted, men vi trengte mer tid på å svare på usikkerhetene som var identifisert. Tidsplanen for fullskala-prosjektet var såpass stram at man var nødt til å modne frem andre alternativer for å kunne nå en positiv investeringsbeslutning i 2020».

Mer brønndata

De første planene for SWAP-prosjektet så dagens lys sommeren 2018. Equinor var blitt tildelt en letelisens helt sør i Smeaheia-området (PL921) våren 2018, hvor målet var å lete etter hydrokarboner i den såkalte Gladsheim-strukturen. Denne strukturen ligger ca. 20 km sør for området som hadde blitt studert i de første 16 fasene av Northern Lights, og leteboring på Gladsheim-strukturen var planlagt høsten 2019.

Den planlagte leteboringen ble identifisert som en sjelden mulighet for også å samle inn strategiske data som kunne redusere de geologiske usikkerhetene som var identifisert av Northern Lights – slik at veien til fremtidig CO₂-lagring på Smeaheia potensielt ble både kortere og billigere.

Frem mot våren 2019 tok SWAP- prosjektet form. SWAP – Strategic Well Acquisition Project – ble et prosjekt for innsamling av viktige undergrunnsdata som ellers ikke hadde blitt samlet inn av letelisensen, men som ble sett på som viktige brikker for forståelsen av lagringspotensialet i området rundt Troll.

En stor del av ekstrainnsamlingen besto av datainnsamling fra takbergarten for å bekrefte at den vil være tett dersom man i fremtiden velger å injisere CO₂ i reservoarene under. Det ble både foretatt kjernetaking og tatt berg-mekaniske tester for å finne
kvaliteten og styrken til takbergarten. Forskerne målte blant annet porøsitet, permabilitet og oppsprekkingstrykk til bergarten i en tykk skifer kalt Draupneformasjonen. Normalt blir det ikke tatt slike prøver av takbergarten i en letebrønn.

Trykkmålinger

Under takbergarten består Smeaheia av flere geologiske formasjoner som potensielt kan brukes til lagring. Som en del av SWAP-prosjektet ble det blant annet foretatt en mengde trykkmålinger i de ulike reservoarene for å måle graden av kommunikasjon med Troll-feltet.

«Målingene viste at trykket var redusert i brønnområdet», sier Thorsen. «Da visste vi at sanden vi hadde truffet på, hang sammen med sanden på Troll. Det betyr at reservoaret er stort og at det potensielt går an å injisere store mengder CO₂ uten at trykket vil stige for mye i reservoaret».

«Vi har også tatt små kjerneprøver av ulike nivåer av reservoarene, såkalte sideveggsskjermer, som vi vil utføre ulike tester på i laboratoriet», sier Thorsen.

Nå jobbes det med dataene for å oppdatere modeller og øke reservoar- forståelsen. Er det mulig å bruke dette området for fremtidig injeksjon – for eksempel i en fremtidig oppskalering av Northern Lights-prosjektet?

«Det er stor grunn for optimisme», sier Thorsen. «Dataene antyder at forseglingen er solid. Reservoaret har tykke bergarter med stor utbredelse. Det betyr at området sannsynligvis kan ta imot store mengder CO₂».

Resultatene av prosjektet kan også få positive konsekvenser for Northern Lights.

«Ved en fremtidig oppskalering av Northern Lights, kan området vi utforsker sannsynligvis brukes som lagringsplass. Det betyr at vi potensielt kan benytte infrastrukturen som bygges i de første fasene av prosjektet og på den måten oppnå store besparelser», sier Thorsen.

Fakta om prosjektet

Strategic Well Acquisition Project (SWAP)

Prosjekteier: Equinor
Prosjektperiode: 2019–2020
Totalbudsjett: 26,7 MNOK
CLIMIT-støtte: 17,3 MNOK
Partnere: Petoro, DNO og Lundin

Rekordinteresse for ACT3-utlysningen

ACTs tredje finansieringsutlysning for CCUS-prosjekter som ble lansert i juni, har mottatt hele 91 forskningsforslag.

Stor interesse

«ACT-konsortiet gleder seg over den enestående interessen for utlysningen, og at søkere fra alle ACT-land/regioner har sluttet seg til å sende inn forslag til søknader. Denne interessen vitner om det unike og merverdien med dette internasjonale finansieringsinstrumentet for CCUS-forskning og innovasjon», sier ACT-koordinator Ragnhild Rønneberg.

ACT er et internasjonalt initiativ for å etablere CO₂-fangst, -bruk og -lagring (CCUS) som et verktøy for å bekjempe global oppvarming.

ACT3-søkerne kommer fra alle de 15 deltakerlandene/regionene, med potensielle samarbeidspartnere fra land utenfor ACT.

30-40 millioner Euro

Det totale budsjettet som er tilgjengelig for vellykkede prosjekter som svarer på denne utlysningen, ligger i området 30-40 millioner euro. De 91 forhåndsforslagene til søknader utgjør omtrent € 160 millioner.

Basert på den høye kvaliteten på forslag som er sendt inn og finansiert i tidligere ACT-samtaler, forventer ACT-konsortiet at ACT3 vil være nok en svært konkurransedyktig utlysning.

Forhåndsforslagene vil nå bli evaluert for å være kvalifiserte i henhold til prosedyrer og nasjonale spesifikasjoner/krav beskrevet i utlysningsteksten.

Kvalifiserte forhåndsforslag vil bli informert innen 11. desember om de vil bli invitert for å sende inn fullstendige forslag til den andre fasen av ACT3-utlysningsevalueringen.

Søknadsfrist 15. mars 2021

Deadline for innlevering av fullstendige forslag er 15. mars 2021 klokken 13:00 CET.

Om ACT

Klikk her for mer informasjon om ERANET ACT.

ACT er et internasjonalt initiativ for å etablere CO₂-fangst, -utnyttelse og -lagring (CCUS) som et verktøy for å bekjempe global oppvarming.

ACT står for «Accelerating CCS Technologies», og ambisjonen til de 14 partnerne er å finansiere forsknings- og innovasjonsprosjekter som kan føre til sikker og kostnadseffektiv teknologi.

ACT-konsortiet har tatt imot nye medlemmer siden de første utlysningene. Følgende land og regioner deltar i ACT3-utlysningen: den kanadiske provinsen Alberta, Europas nordiske land via Nordisk Energiforskning, Danmark, Frankrike, Tyskland, Hellas, Nederland, Norge, Romania, Sveits, Tyrkia, Storbritannia og USA.

Flere internasjonale CCS-møter på nett i høst

De siste ukene har en rekke viktige, globale CCS-forum avholdt virtuelle møter.

Skrevet av: Åse Slagtern, Norges Forskningsråd

CSLF

Teknisk Gruppe i Carbon Sequestration Leadership Forum (CSLF) møtes to ganger i året og 30. september ble møtet gjennomført virtuelt med Saudi-Arabia som vertskap.

Gruppen fikk først innsikt i CCS-aktiviteter i Saudi-Arabia. Landet arbeider aktivt med sirkulær økonomi og ser på de fire aspektene redusere, gjenbruke, resirkulere og fjerne CO₂. Gruppen fikk informasjon fra Saudi Aramco om prosjektet Uthmaniyah hvor de fanger CO₂ fra industri for både lagring og økt oljeutvinning. De ser også på industriell bruk av CO₂. Sabic presenterte sine CO₂-fangst og -bruk aktiviteter. Deres CO₂-Network Prosjekt har en kapasitet på 500 000 tonn CO₂ per år og sender CO₂ for bruk i industrier som alkoholer, urea, polymere og brensel.

Det ble gitt en kort oppsummering fra Clean Energy Ministerial CCUS Initiative (CEMCCUS) 8-29. september, som også var et virtuelt møte med Saudi-Arabia som vertskap. CEMCCUS jobber mot industri, myndigheter og finansiell sektor for å bidra til forretningsmuligheter for CO₂-håndtering.

En del av CSLF TG sitt arbeide er å anerkjenne CO₂-håndteringsprosjekter som er viktige for implementering. Det er viktig at dette er prosjekter som bringer noe nytt med seg. CSLF TG har jobbet med prosessen en stund og ønsker å revitalisere arbeidet igjen. Det jobbes også med å få til læring fra pågående prosjekter CO₂-håndteringsprosjekter til nye og andre parallelle prosjekter.

CSLF TG publiserte i 2017 et teknologikart for CO₂-håndtering. Mye har skjedd siden 2017 og målene som ble satt den gangen vil ikke bli nådd med hensyn til hvor mye CO₂ som skal være permanent lagret.

Det er nå satt i gang en prosess for å oppdatere teknologikartet. Dette skal være ferdig til Clean Energy Ministerial (CEM) møtet våren 2021. Betydningen av hydrogen, industrielle klynger, bruk av CO₂, negative utslipp og banebrytende teknologier, vil får en viktig rolle i det oppdaterte veikartet.

På møtet var det også en diskusjon om CSLF sine videre aktiviteter og hva de kan bidra med for å engasjere flere CSLF land og bidra til utvikling og samarbeid mellom CSLF- landene innenfor CO₂-håndtering. På møtet ble det gitt en oppdatering av aktiviteter hos IEAGHG, CO₂ GeoNET og Global CCS Institute.

Presentasjoner fra møtet finner dere her.

Workshop om klynger og nettverk for CCS

Norge har ambisiøse planer om et CCS-prosjekt kalt «Langskip». I den forbindelse inviterte Forskningsrådet sammen med fire andre organisasjoner (Gassnova, Carbon Sequestration Leadership Form (CSLF), IEA Greenhouse Gas R&D Programme (IEAGHG) og Oil and Gas Climate Initiative (OGCI)) til webinar om karbonfangst og -lagring torsdag 15. oktober.

Forskningsrådet og Gassnova har investert i forskning og utvikling på området siden tidlig 2000. Denne forskningen har vært viktig for dagens kommersielle prosjekter. Internasjonalt samarbeid har vært prioritert og blant annet leder Forskningsrådet ACT (Accelerating CCS Technologies), som sammen med 16 andre land og regioner og finansierer FoUoD innen CO₂-håndtering.

Seminaret var en mulighet for å videreutvikle internasjonalt samarbeid innen CO₂ -håndtering. Seminaret var første internasjonale arrangement som trekker frem samarbeid i å utvikle felles infrastruktur både på et makro og mikro nivå, og fokus på kostreduksjon ved slikt samarbeid.

Gassnova-sjef Trude Sundset var moderator for webinaret. På webinaret fikk vi høre om Langskip og andre internasjonale CO₂-nettverk som står i kø for å komme i gang. Fire andre europeiske samarbeidsgrupper presenterte sine planer. I tillegg var det et innlegg fra en kanadisk gruppering som i mai i år startet et prosjekt på land – Alberta Carbon Trunk Line. Vi fikk også høre om noen juridiske og kontraktsmessige problemstillinger som den norske regjeringen har vært opptatt av i utviklingen av prosjektet og som de ønsker å dele internasjonalt.

IEAGHG-møte 27.-29. november

IEA Greenhouse Gas R&D Programme (IEAGHG) møtes to ganger i året og hadde virtuelt møte 27.-29. november.

Baker Hughes ble nytt medlem i IEAGHG. I tillegg er IEAGHG i kontakt med flere andre land og selskaper som er interessert i å bli medlem.

Det ble vedtatt at GHGT-15 konferansen, som var planlagt i Abu Dhabi, skal arrangeres som en virtuell konferanse. IEAGHG sender ut informasjon om dette.

IEAGHG jobber med oppdatering av strategi. Viktige områder framover er:

• Posisjonere CCUS som en klimaløsning for ulike sektorer og bransjer
• Mer effektiv og målrettet kommunikasjon
• Øke involvering av industri i vårt arbeid
• Utforske samspill med andre klima-tiltak, inklusiv negative CO2 – utslipp
• Respondere raskere vedrørende nye muligheter for CCUS
• Forsterke samarbeid med IEA sin CCUS enhet.

På møtet ble Åse Slagtern fra Norge valgt som nestleder for nye to år og Mark Ackiewicz fra USA som ny nestleder. Gunter Siddiqi fra Sveits skal pensjonere seg og gikk av som nestleder.

På møtet ble det fra norsk side, ved Hans Jørgen Vinje, Gassnova, orientert om det norske prosjektet Langskip.

Studier som er publisert siden sist

Studier som snart publiseres

Studier underveis

Det ble vedtatt å starte fire nye studier i løpet av 2020/2021

I tillegg ble det vedtatt at IEAGHG vil lage en teknisk notat på «Commercial Readiness Index Assement» rettet mot CCUS. Commercial Readiness Index er en utvidet metode for å vurdere hvor moden en teknologi er. IEA har innført flere TRL nivå i ETP2020. Begge disse metodene vil bli vurdert.  

Nye brensler for karbonfri kraftproduksjon

BIGH₂–prosjektet utvikler teknologi for å kunne bruke hydrogen
og ammoniakk som karbonfrie drivstoff i industrielle gassturbiner.

Gassturbiner som bruker karbonfrie drivstoff innen 2030

INDUSTRIAKTØRER HAR SOM MÅL å levere gassturbiner som bruker karbonfrie drivstoff innen 2030. De skal ha samme ytelse som dagens gassturbiner, som drives av naturgass, og møte dagens krav til utslipp av nitrogenoksider.

Prosjektet utforsker et par sentrale utfordringer som følger av bruk av hydrogen som drivstoff i gassturbiner. Å sikre at flammen står stabilt i brennkammeret, og at den høye flammetemperaturen kan gi for høye utslipp av nitrogenoksider.

Ny brenselsteknologi

BIGH₂-prosjektet ser på muligheten for å bruke ammoniakk (NH₃) som hydrogenbærer fordi det er enklere å håndtere enn hydrogen.

Mens hydrogen er et relativt nytt brensel i kraftproduksjon, blir ammoniakk produsert i store mengder til for eksempel produksjon av gjødsel og transporteres i store volumer i flytende form.

«Ammoniakk er et velkjent kjemisk stoff, og vi har lang akkumulert erfaring fra alle deler av verdikjeden. Et utstrakt distribusjonsnett er allerede på plass, og vi har gode systemer og sikkerhetsmekanismer for håndtering av kjemikaliet», sier prosjektleder Andrea Gruber ved SINTEF.

Derfor er målet med BIGH₂-prosjektet å undersøke om ammoniakk kan brukes som energibærer i produksjon av kraft med store gassturbiner.

Splitting av NH₃

Utfordringen er at ren ammoniakk er et sub-optimalt drivstoff for gassturbiner. Derfor foreslår BIGH₂ at ammoniakk-molekylet splittes til hydrogen og nitrogen ved å varme den opp i en katalysator.

«Før man sender ammoniakken inn i gassturbinen, så kan man splitte den helt eller delvis ved gjenbruk av spillvarme, slik at man får nytte av hydrogenet, som er svært reaktivt», sier Gruber. «I dette prosjektet fokuserer vi på hvordan blandinger av ammoniakk, hydrogen og nitrogen oppfører seg i forbrenningen, sammenlignet med naturgass».

Det er et viktig poeng å begrense hvor mye ammoniakk som må splittes for å få til stabil forbrenning. Splittingen forbruker spillvarme fra gassturbinen, og denne varmen har alternativ bruksverdi. Derfor er hensikten med prosjektet å finne den optimale blandingen av hydrogen, nitrogen og ammoniakk som krever minst mulig splitting av ammoniakk.

Reduksjon av NO_x-utslipp

En annen utfordring med forbrenning av ammoniakk er at det dannes forurensende nitrogenoksider (NO_x) i prosessen. «Derfor fokuserer vi på å redusere dannelsen av NO_x i brennkammeret.» sier Gruber. «Vi prøver å finne ut hvilke tilstander i brennkammeret som gir minst dannelse av NO_x, blant annet ved å organisere forbrenningen i ulike stadier i brenneren. Men vi ser også på løsninger der vi bruker ammoniakk som reduksjonsmiddel.»

Forskerne ser på utfordringene fra flere vinklinger.

«Ved SINTEF jobber vi med å forstå bedre de grunnleggende prosessene i forbrenningen. Vi har modellert flammene fra hydrogen og ammoniakk, slik at vi oppnår en bedre forståelse av effekten av disse nye brensel-sammensetninger. Det har krevd en omfattende og koordinert innsats med våre forskningspartnere,
NTNU i Trondheim og Sandia i California,» sier Gruber.

De eksperimentelle forsøkene er utført ved SINTEFs trykksatte forbrenningsrigg på Gløshaugen, der en nedskalert versjon av en gassturbin-brenner brukes for å vurdere om stabil og ren (lav-NO_x) forbrenning er oppnådd.

Godt samarbeid

«Vi bruker en avansert Siemensbrenner, der forbrenningsprosessen er delt opp i tre stadier. Vi eksperimenterer med ulike sammensetninger av brenselet i de tre stadiene. For eksempel så sender vi ren ammoniakk i et av stadiene, og splittet ammoniakk i et annet. Hvis vi splitter brensellinjene i to eller tre, finner vi de mest optimale løsningene.»

Samtidig kjører NTNU eksperimenter på enklere flammer som går gjennom en mindre kompleks brenner enn Siemens-brenneren, men som gir mye kunnskap om hvordan de nye brensel-sammensetningene oppfører seg i forhold til naturgass.

«Dette er en veldig fin gruppe av partnere. Kombinasjonen av sterke forskermiljøer ved SINTEF og NTNU, og industrilokomotivene Siemens og Equinor – som begge har konkrete planer om å utvikle hydrogen som energibærer – har vært av stor betydning for prosjektet. Sammen modner vi en teknologi som nå trenger en liten dytt for å bli realitet», sier Gruber.

Webinar om digital monitorering av CO₂-lager

Torsdag 5. november presenteres resultatene fra det pågående ACT-prosjektet DigiMon som støttes av CLIMIT.

Webinar om overvåkning

Det overordnede målet med ACT CCS DigiMon-prosjektet er å «akselerere implementeringen av CCS ved å utvikle og demonstrere et rimelig, fleksibelt, samfunnsmessig integrert og smart digitalt monitorerings-system for tidlig varsling», for overvåking av ethvert CO₂-lagringsreservoar og undergrunns barrieresystem.

Kostnadseffektive løsninger innen skipstransport

CO₂LOS-prosjektet har som mål å redusere kostnadene til skipstransport av CO₂.

Kjent teknologi

«DAGENS KONSEPTER FOR CO₂-FANGST har lagt til grunn at mye av transporten skal foregå gjennom rørledning til lagringsplassen», sier prosjektleder Martin Hay ved Brevik Engineering.

«Man har ikke fokusert så mye på løsninger for skipstransport, delvis fordi dette har vært sett på som en kjent teknologi, samt at kostnadene har vært anslått som små i forhold til totalkostnadene ved CCS. Men ettersom kostnadene ved både fangst og lagring reduseres, blir transportkostnadenes relative betydning større».

Northern Lights har for prosjektets første fase valgt skipstransport basert på dagens praksis for skipstransport av CO₂.

Ulike løsninger for skipstransport

CO₂LOS ser lengre frem enn første fase av Northern Lights. Her vurderes ulike transportløsninger fra en eksportterminal på land til en importterminal på land, som for eksempel et prosessanlegg på Vestlandet, der gassen komprimeres og pumpes videre gjennom en rørledning, ut til lagringsplassen under havbunnen.

Prosjektet ser også på to muligheter innen ‘offshore unloading.’

Skipene kan losse CO₂ til en lagertank til havs («Floating, Storage and Injection Unit (FSI)») – som injiserer gassen direkte inn i den geologiske lagringsformasjonen. Alternativt kan skipene injisere direkte til lagringsformasjonen, men det krever ekstra utstyr om bord på skipene.

Hvilken løsning man velger bestemmes blant annet av om lagringsformasjonen krever kontinuerlig injeksjon av CO₂ .

«Ved offshore unloading sløyfer man landanlegget samt den dyre rørledningen fra land og ut til injeksjonsbrønnen offshore», sier Hay.

Riktig trykk

CO₂ krever lav temperatur og høyt trykk for å være i væsketilstand. I det norske fullskala-prosjektet har man valgt å gå for samme trykk og temperatur (ca. 15 bar/-28^oC) som benyttes i dagens transport av CO₂ på skip.

Gasstrykket definerer maksimal størrelse på skipets tanker. Reduserer man trykket og temperaturen, kan tankene og dermed også skipene bygges større. Større skip kan gi lavere kostnader per tonn CO₂ transportert da CO₂-volumene til transport og
avstandene øker.

Men hvis man benytter større skip, får man også en utfordring. For da vil man ha behov for større midlertidig kapasitet i landanlegget. Og CO₂en må holdes i flytende fase en lengre periode.

«Her er det viktige avveininger som må foretas. Hvis man bare ser på skipstransporten, er større skip rimeligere.» sier Hay. «Men det er ikke bare rett frem. Man må se på hele transportkjeden.

Ulike konsepter

CO₂LOS-prosjektet ser på fire skipskonsepter.

En mulighet er ombygging av et eksisterende tørrlasteskip med nye CO₂-tanker. Dette er den rimeligste løsningen å bygge. Prosjektet vurderer også lektere for vannveiene i Europa, som kan hente CO₂ fra industrielle anlegg i de nedre delene av Rhinen.

Det andre konseptet er å bygge et nytt skip der gassen transporteres med lavt trykk (omtrent 7 barg).

Det tredje konseptet er et autonomt skip som kan gi vesentlige kostnadsreduksjoner.

Prosjektet ser også på design av store skip for transport over lange avstander.

«Alle arbeidspakkene vi jobber med ligger på et konseptuelt nivå», sier Hay. «Og vi håper å kunne jobbe videre med å skape konkrete tekniske løsninger.»

Fakta

Prosjekteier: Brevik Engineering AS
Prosjektperiode: 2019–2020
Totalbudsjett: 14.5 MNOK
CLIMIT-støtte: 6.25 MNOK
Partnere: SINTEF, Equinor, Total, Gassco, Air Liquide og Sogestran

Renere produksjon av hydrogen

Kalsium-kobber looping-prosessen er en lovende teknologi. Målet er å produsere hydrogen og fange CO₂ i ett steg, slik at kostnadene reduseres.

Lange tradisjoner

IFE KAN VISE TIL EN LANG tradisjon basert på samarbeid med industriselskaper.

«Vår kjernevirksomhet er å bistå industrien i den grønne transformasjonen ved å utvikle
spesifikke teknologier. Vi skreddersyr løsninger til dette formålet», sier Suni Aranda, avdelingssjef for Miljøvennlige industriprosesser i IFE.

IFE har en omfattende kunnskapsbase innen hydrogen, CO₂-fangst og bruk, så vel som prosessintensivering – hvordan strømlinjeforme eksisterende prosesser og designe nye.

Idé på reise

«Vi har sterk tro på at et nært samarbeid med industrien er en nøkkel til suksess», sier Aranda. «Det er viktig at selskapene er involvert. Vi har nemlig ikke ferdige løsninger i lomma. Vi forsøker å adressere praktiske behov i driftsmiljøene.»

6C-prosjektet – CO₂ Capture by Combined Calcium-Copper Cycles – baner vei for hydrogenproduksjon med integrert CO₂-fangst, og er et eksempel på denne pragmatiske måten å jobbe på.

6C er en spin off fra et tidligere europeisk prosjekt, og ble gjennomført sammen med internasjonale forskningsinstitutter og industriselskaper som partnere.

«6C-prosjektet er et godt eksempel på hvordan vi lyktes med å dele kunnskap mellom Norge og europeiske land, mellom flere forskningsinstitutter, og mellom forskningsinstitutter og industriselskaper», sier Aranda.

Hvorfor kalsium/kobber-teknologi?

I konvensjonell hydrogenproduksjon blir hydrogen dannet i flere reaktorer. CO₂-fangst er ikke integrert, men krever betydelige mengder energi og spesialiserte anlegg. Hensikten med kalsium/kobber «looping» er å integrere hele prosessen i en reaktor, med sekvensielle steg, der gassinnstrømning og andre driftsbetingelser veksler.

Et annet mål for 6C-prosjektet var å utvikle nye materialer for denne prosessen. Materialer med kombinerte funksjoner driver både energiforbruket og anleggskostnadene ned. Dette er grunnen til at teknologien kalles prosessintensivering.
Systemet starter med at naturgass, for det meste metan, blir injisert inn
i reaktoren.

For å fange CO₂ bruker forskerne kalsiumoksid som sorbent, dvs. et materiale som absorberer ulike stoffer. Under spesifikke forhold fanger kalsiumoksidet CO₂, og kalsiumkarbonat dannes. Neste skritt er å frigjøre CO₂ fra kalsiumkarbonatet i konsentrert form, og lagre gassen eller bruke den til andre formål. Sorbenten regenereres tilbake til kalsiumoksid, og gjøres klar for en ny syklus der oksidet kan fange CO₂ igjen.

Regenerering av sorbenten foregår under høy temperatur. Hvordan varme transporteres ved høy temperatur er avgjørende for prosessen. I kalsium/kobber looping-prosessen blir varme avgitt og overført via kobberet. Dette skjer ved en eksoterm reaksjon i kontakt med reduksjonsgassene (H₂ og CO). Varmeoverføringen kommer fra den kjemiske reaksjonen mellom materialet og gassen. Det er ingen eksterne energikilder for regenereringen av sorbenten.

«Kobber reduseres når kalsiumkarbonatet brytes ned, og reduksjonen av kobber er eksotermisk, det vil si at varme skapes. Det betyr at reaksjonen avgir den varmen som er nødvendig for at kalsiumkarbonatet skal kunne frigi CO₂, og danne kalsiumoksid til en ny syklus,» sier prosjektleder Luca Di Felice.

Et kombinert materiala

Den avgjørende faktoren i prosessen, er å kombinere ulike funksjoner i det samme materialet. Kalsium og kobber settes sammen i partikler. Det sammensatte materialet – som inneholder både sorbent og varmebærer – må ha de riktige kjemiske, fysiske og mekaniske egenskapene. Det må kunne tåle de kjemiske syklusene, høye temperaturer, temperaturforandringer og forurensninger i gassen. Derfor har forskerne fokusert mye på å skape stabile materialer.

«For eksempel, i spesielle tilfeller kan begrensede deler av materialet smelte. Dette er en av utfordringene med kobber. Metallet må derfor spres forsiktig, slik at det både er stabilt og fremdeles reaktivt. Dette har vært en vitenskapelig utfordring», sier Di Felice.

Ved fullføringen av 6C-prosjektet, er kalsium/kobber-syklusen forbi konseptstadiet. Forskergruppen har gjennomført utførlige simuleringer og laboratorium-testing. Målet er på sikt å vise at teknologien kan fungere i industriell skala.

Partnere er Instituto de Carboquímica i Spania, Universitetet i Bergen, NILU og Eindhoven Tekniske Universitetet i Nederland. Industripartnere var Johnson Matthew, en ledende produsent av bærekraftige materialer, og et gruveselskap, Cobre Las Cruces i Spania.

Ny metode for å sikre at CO₂-brønner holder tett

Wellcem har gjennom et CLIMIT-støttet prosjekt utviklet et nytt materiale som på en kostnadseffektiv måte sikrer trygg lagring av CO₂.

Wellcem tetter hull

Ved CO₂-lagring injiseres CO₂ gjennom en injeksjonsbrønn ned til et reservoar hvor den lagres permanent. Veggene i injeksjonsbrønnen må holde tett får å unngå at CO₂ lekker ut.

Wellcem har utviklet et nytt materiale som kan brukes for å tette eventuelle hull i brønner. Deres produkt er et resin, et harpikslignende produkt. Materialet kan styres slik at det herder (stivner) på en bestemt tid og på en gitt temperatur, og vil derfor effektivt kunne tilpasses hver enkelt brønn. Når resinet stivner, vil det tette eventuelle hull i brønnveggen.

– Prosjektet har gitt en fin forretningsmulighet for oss, samtidig som samfunnet nå har en kostnadseffektiv løsning som kan gi trygg og varig lagring av CO₂, påpeker Svein Normann fra Wellcem.

Gjennom det nylig avsluttede CLIMIT-prosjektet har Wellcem utviklet metoder for å forstå hvordan man effektiv kan fylle sprekker i brønnene slik at langtids tetning sikres.

Fungerer for CO₂-brønner

Wellcem har lenge hatt tilsvarende løsninger for tradisjonelle petroleumsbrønner. Gjennom prosjektet finansiert av CLIMIT har bedriften videreutviklet sine produkter til å fungere også for CO₂-brønner.

Wellcem kan nå tilby sitt produkt til storskala CO₂-lagringsprosjekter og dette er et viktig bidrag for å sikre trygg og kostnadseffektiv CO₂-lagring. Detaljer fra prosjektet er tilgjengelig fra prosjektets sluttrapport.

Fakta om prosjektet

Polymer resins for remediation of leakages in CO₂ wells

Prosjekteier: Wellcem AS ved Svein Normann
Prosjektperiode: 2016-2020
CLIMIT-støtte: 5 MNOK.
Partnere: NORCE

Ny teknologi for ren omforming av energi

Innovativ looping-teknologi kan bane vei for nye industrielle bruksområder. «Gas switching combustion» er designet for produksjon av kraft eller hydrogen.

Ingen hyllevare-teknologi

EN GRUNN TIL AT KOMMERSIALISERING av karbonfangst-teknologi har tatt tid, er at disse teknologiene forbruker mye energi. Hvis industriselskaper ønsker å fange CO₂, må de derfor øke energiforbruket. Og kostnadene vil stige.

«Det finnes rett og slett ingen hyllevare-teknologi som selskapene kan kjøpe, uten at de må forbrenne mer brensel og øke utgiftene for å fange CO₂», sier prosjektleder Shahriar Amini ved SINTEF. «I dag er implementering avhengig av insentiver og økonomisk støtte fra myndigheter.»

Amini leder GaSTech-prosjektet –Demonstration of Gas Switching Technology for accelerated Scale-up of Pressurized Chemical Looping Applications. Målet med dette forskningsarbeidet er å utvikle kostnadseffektiv CCS-teknologi som industribedrifter har råd til å anskaffe.

Utgangspunktet for prosjektet er den konvensjonelle etterforbrennings-prosessen. I kjemisk looping-forbrenning benyttes to reaktorer. I den første reaktoren blir en oksygenbærer (for eksempel et metalloksid) oksidert av luft. I den andre reaktoren, blir dette oksidet redusert i en reaksjon med naturgass.

Metallet eller metalloksidet forekommer i form av pulver. Så oksygenbæreren – enten i form av metall eller metalloksid – beveger seg i en syklus mellom de to reaktorene. Den kjemiske reaksjonen i oksidasjonsfasen skaper en svært høy temperatur i gasstrømmen, som kan brukes i kraftverk for å produsere elektrisitet.

Begrensninger ved konvensjonell teknologi

Den konvensjonelle prosessen har imidlertid en del begrensninger.

«Hvis man ønsker å skalere opp dette reaktorsystemet til store enheter, blir sirkuleringen av faste stoffer meget krevende», sier Amini. «Man må anvende svært høyt trykk for at
prosessen skal være effektiv. Og to trykksatte enheter kompliserer både design og drift av anlegget.»

Derfor har Amini og kollegene hans utviklet denne prosessen videre. Gas switching combustion-prosessen benytter bare en reaktor. I stedet for å transportere oksygenbæreren fra en reaktor til den neste, brukes en ventil som veksler mellom å injisere naturgass og luft inn i reaktoren.

Mindre moduler kobles sammen

«La oss anta at metalloksidet i reaktoren er jernoksid, FeO», forklarer Amini. «Ved innløpet til reaktoren, justeres ventilen slik at naturgass strømmer inn i reaktoren. Gassen vil reagere med oksygenet i FeO, og redusere oksidet til metall (Fe). Avgassen som kommer ut av reaktoren inneholder CO₂ og vanndamp. Etter en enkel operasjon der vanndamp separeres ved kondensering, kan den svært rene strømmen av CO₂ komprimeres og transporteres for lagring.»

Deretter justeres ventilen slik at luft injiseres. Jern (Fe) reagerer med oksygenet i luften, og omdanner jernet til jernoksid. Dette er en eksotermisk reaksjon som skaper temperaturer opp til 1000 grader Celcius. Luften, som ikke lenger inneholder oksygen, består nå hovedsakelig av nitrogen. Dette nitrogenet kan ledes inn i et elektrisk kraftverk for å produsere damp.

«Det handler om å forenkle prosessen», sier Amini. «Det er mye enklere å skalere opp et konsept med en reaktor. Fordelen med denne prosessen er at vi ikke nødvendigvis må bygge veldig store anlegg. Vi kan anvende mindre moduler som kobles sammen og drives i en klynge.»

En annen fordel er at teknologien kan anvendes i produksjon av både kraft og hydrogen.

Relevant for norsk industri

«Gas switching combustion kan bli høyst relevant for norsk industri. I produksjon av hydrogen brukes nemlig naturgass som råstoff, og det finnes det mye av på norsk sokkel.
I prosessen kan også CO₂ separeres uten ekstra tilførsel av energi.» I løpet av det siste tiåret har Amini og kollegene – gjennom prosjekter støttet av Forskningsrådet, Europakommisjonen og ACT1 – gjennomført en rekke tester på denne reaktoren.
Neste skritt vil være å anvende teknologien i en pilot. Forhåpentligvis vil dette bli neste prosjekt.