CLIMIT; «Sedimentdetektiven» som finner bedre CO₂-lagre

Målet er å redusere både risiko og kostnader og øke kunnskapen om takbergarten på norsk sokkel. Prosjektet er støttet av CLIMIT med 400 000 kroner. Gassnovas CLIMIT-representant Ernst Petter Axelsen er prosjektets rådgiver.

Formålet

Et sentralt mål er å redusere risikoen og kostnadene knyttet til CO₂-lagring. Ved å øke forståelsen for hvordan sedimentene og takbergarten oppfører seg ved CO₂-injisering, reduseres risikoen for lekkasjer og sikrer trygg og effektiv lagring av gassen. Dette bidrar til forutsigbarhet og færre hendelser som kan føre til uforutsette utgifter. Kvaliteten eller integriteten til takbergarten er en kritisk faktor for sikker, permanent og trygg CO₂-lagring i undergrunnen.

Ved å utvikle og teste en ny modell for hvordan sedimentene endrer egenskaper over tid, håper Brit Thyberg å kunne forutsi hvilke områder som egner seg best for CO₂-lagring. Målet er å dele undergrunnen inn i systemer og identifisere hvilke områder og intervaller som har god nok kvalitet på takbergarten. Dette bidrar til trygg og effektiv injeksjon og lagring av CO₂.

– Kunnskapen fra dette prosjektet, og alle mineral dataene vi har samlet, kan brukes til å utvikle AI-algoritmer, digitale kart eller atlas, slik at vi kan predikere systemene og bruke informasjonen aktivt i våre analyser og som beslutningsgrunnlag i sanntid, sier Brit, som gjerne inviterer til samarbeid om dette.

Et naturlig laboratorium

– Vi som jobber med Nordsjøens geologi er heldige, da vi har et naturlig laboratorium med regionale og stratigrafiske variasjoner, som gir ekstra gode muligheter til å studere de geologiske, mekaniske og kjemiske prosessene som påvirker sedimentenes egenskaper i undergrunnen, sier Brit Thyberg. Hun forklarer at disse sedimentene representerer både muligheter og utfordringer.

Den kenozoiske lagpakken (overburden) i Nordsjøen består av flere ulike sedimentære enheter. Dette inkluderer paleogene marine leirer, sandige turbiditter/injektitter/synkitter og neogene deltaiske sandavsetninger samt offshore marine leirer. Selv om variasjonene representerer muligheter for CO₂-lagringsreservoarer i de grunnere lagene i Nordsjøen, innebærer de også utfordringer knyttet til forseglingsevnen til leire og leirsteiner (takbergarten). Leire og leirsteiner består hovedsakelig av ulike typer leirmineraler (for eksempel smektitt, illite, kaolinite, kloritt), samt silt, biogent og organisk materiale. Den primære sammensetningen av leirmineralene varierer som en funksjon av erosjon fra ulike kildeområder, klima, avsetningsmiljø og variasjoner i tilførsel av vulkansk og klastisk materiale. Variasjoner i mineral sammensetning kan påvirke hvordan sedimentene reagerer på økende trykk og temperatur under økende begraving. De regionale og stratigrafiske variasjonene gjør det spesielt viktig å forstå tetthet og forseglingsevnen til leire og leirsteiner over reservoarene.

For å kunne forutsi hvilke områder og intervaller som har gode takbergartsegenskaper for CO₂-lagring, understreker Brit viktigheten av regional forståelse og kartlegging.

Dedikert faglig innovatør

I over 20 år har Brit Thyberg vært engasjert i arbeid med Nordsjøens geologi, digitalisering, teknologiutvikling og utforskning, ofte i fronten av innovasjonslandskapet. – Med en doktorgrad i «overburden» med fokus på leire og leirsteiner i Nordsjøen, ser jeg et stort potensial i å systematisere og bruke denne kunnskapen innenfor CO₂-lagring.

Brits karriere innen leirforskning startet da hun på midten av 1990-tallet ble involvert som stipendiat i et omfattende EU-prosjekt ledet av professor Knut Bjørlykke ved Universitetet i Oslo. Målet var å integrere mineraldata fra cuttings med seismikk og brønnlogger for å forstå den kenozoiske lagpakken i Nordsjøen bedre. Tverrfaglighet og integrering av flere datatyper i et stort regionalt prosjekt var en nyskapende arbeidsmåte den gangen. – Det nye var også at vi utvidet kunnskapsgrunnlaget om sedimentenes sammensetning i den grunne kenozoiske lagpakken i Nordsjøen. På den tiden var det mest fokus på olje, gass og egenskaper ved dypere reservoarbergarter, sier Brit. Hun legger til at Universitetet i Oslo, ved Institutt for geofag, på mange måter ble spesialister på leire og leirsteiner gjennom flere store forskningsprosjekter.

Takbergartens kvalitet

– I det store EU-prosjektet fant vi ut at leirmineralene har ulike kjemiske og fysiske egenskaper som påvirker den mekaniske sammenpressing (kompaksjon) til leirsteiner i undergrunnen. For eksempel dokumenterte vi at grovkornet glasial pliocen leire gjennomgår relativt rask mekanisk kompaksjon, mens finkornede eocene smektittrike leirer dannet fra vulkansk materiale, eller finkornede pliocen marine smektittrike leirer, kompaktes mye langsommere. Vi fant også et regionalt utbredt leirlag bestående av en miks av diatomeer og leirmineraler fra oligocen i nordlige Nordsjøen, sier Brit Thyberg.

Diatomeer er små mikroskopiske organismer som består av silika. Diatomeer blandet med leire endrer sedimentenes egenskaper, inkludert evnen til å fungere som forseglende lag ved CO₂-lagring. Egenskapene endres imidlertid med økende begravningsdyp. Professor Bjørg Stabell fant den gang også en «ny» diatomee i Nordsjøen som fikk navnet etter Brit Thyberg: «Paralia Thybergii». Mikrofossilet ligner på Colosseum i miniatyr.

Brit peker på hvordan ulike leirtyper kan påvirke tettheten til takbergarten. Takbergarten må være tett nok til å holde på gassen, men også kunne tilpasse seg mekanisk trykk og kjemiske endringer uten «å sprekke opp». – For eksempel kan tilstedeværelsen av diatomeer i leire og leirsteiner endre kvaliteten på takbergarten, noe som kan påvirke hvor godt den holder på CO₂.

Ved å forstå hvordan leire, diatomeer og ulike leirmineraler påvirker takbergarten, kan forskerne i større grad forutsi hvilke områder som vil være best egnet for CO₂-lagring.

I 2012 mottok Brit og tidligere kollega professor Jens Jahren en forskningspris for sitt arbeid på leirforskning. Brit koblet geologi med kunnskap fra nettverksteorien hun tidligere lærte på sin master i teknologiledelse, slik at vi så på leirstein «med nye øyne». Funnene fra denne forskningen har stor betydning for det Brit jobber med i CLIMIT-prosjektet. Det store industri-samarbeidsprosjektet «NOROG Digital Cuttings» har også hatt spilt en stor rolle.

Digitalisering av data

I 2018 startet industrien et omfattende, treårig samarbeid for å digitalisere cuttings-data som tidligere kun var lagret for eksempel hos Sokkeldirektoratet. Cuttings er små biter av undergrunnen som tas ut når en brønn bores. Over 700 000 prøver fra 1934 utforskningsbrønner på norsk sokkel ble digitalisert og analysert. – Prøvene gir verdifull informasjon om sammensetningen av undergrunnen, spesielt informasjon om sediment-sammensetningen og lagpakker som kan være aktuelle for CO₂-lagring, sier Brit. Hun sammenligner prosessen med å bore gjennom en vegg: – Først treffer du tapetet, så gipsplaten og deretter mursteinen. På samme måte kan vi bruke cuttings til å analysere forskjeller i sammensetningen av lagene i undergrunnen, og få informasjon om hva som befinner seg der. Cuttings gir forskere innsikt i hele boreintervallet, ikke bare på steder hvor kjerner er tatt ut. Digitaliseringsprosjektet åpnet et nytt landskap for forskning og forståelse av undergrunnen, særlige av de grunnere lagene relevant for CO₂-lagring i Nordsjøen. Flere aktører på norsk sokkel har inkludert det store datasettet i sine digitale løsninger. Videreutvikling og integrering av cuttings-dataene blir en viktig del av Brit Thybergs arbeid med å øke kunnskapen om takbergartens egenskaper.

I dette CLIMIT-prosjektet har Brit brukt dataene til å screene etter brønner med leirrike diatomee-lag, tilsvarende de som ble funnet på 1990-tallet. Det viser seg at mange av disse NOROG-brønnene inneholder miksen av leire og diatomeer i spesifikke lag, også i flere brønner i nærheten av nåværende CCS-lisenser på norsk sokkel. Økt kunnskap om leire og den mekaniske og kjemiske kompaksjonen kan være nyttig for andre ulike typer prosjekter, fra infrastrukturutvikling til sikker lagring av avfall, havvind og det grønne skiftet innen olje og gass.

Veien videre

Forretningsutvikling har sine utfordringer, spesielt når det gjelder å sikre eierskap til eget arbeid. For å få på plass avtaler og sikre eget kommersielt eierskap, sier Brit at det føles trygt å ha rådene fra Ernst Petter Axelsen og CLIMIT i ryggen. – Jeg har allerede erfart at det å ha CLIMIT på lag styrker prosjektets integritet. Dette blir viktig fremover, spesielt i dialog med potensielle industripartnere og flere samarbeidspartnere, sier Brit. Ved å fortsette arbeidet håper hun å kunne utvikle modeller, systemer og AI-algoritmer som gir enda bedre forståelse av hvordan undergrunnen kan benyttes til CO₂-lagring. Brit Thybergs drivkraft er å gjøre lagring av CO₂ enda tryggere og mer kostnadseffektiv, og øke kunnskapen om takbergarten, basert på forskningsdrevet innovasjon.