CO₂-transport; norsk kompetanse setter grenseverdier for urenheter

KDC-IV arbeidet er ledet av Institutt for energiteknikk (IFE) på Kjeller.

Prosjektet skal bidra til å optimere sikkerhet og reduserte kostnader for CO₂-transport, og er støttet av CLIMIT med om lag 5,6 millioner kroner. Industripartnere er Shell, TotalEnergies, Equinor, Gassco, Vallourec, BP, Chevron, ExxonMobil, ArcelorMittal, Air Products, ENI, Saudi Aramco, Wintershall Dea, EBN, Fluxys og Gasunie.

Vann skaper korrosjon

Valget av materialer spiller en vesentlig rolle i de totale kostnadene ved CO₂-transportsystemer for karbonfangst og -lagring. Av kostnadshensyn er karbonstål det foretrukne materialet for lange rørledninger og for skipstransport. Imidlertid vil karbonstål korrodere i nærvær av vann eller vannholdige faser, som kan dannes ved at urenheter reagerer. Derfor er det avgjørende å kontrollere CO₂-sammensetningen og driften av systemet, for å unngå dannelse av vannholdige faser.

I dag finnes det en rekke spesifikasjoner og anbefalinger for type og konsentrasjon av urenheter som tillates i CO₂-strømmen. Tradisjonelt er disse grenseverdiene satt ut fra helse-, miljø- og sikkerhetsperspektiv, og ikke i like stor grad basert på materialintegritet. Årsaken er mangel på kunnskap. Kunnskapsmangelen har gjort det utfordrende å definere spesifikasjoner som sikrer trygg drift og langsiktig materialintegritet.

Kompetanse på Kjeller

Det er IFE på Kjeller utenfor Oslo som leder dette CLIMIT-finansierte prosjektet. Opprinnelig var IFEs fokus på atomkraftforskning. – Rundt 1980 ble det klart at kjernekraft for energiproduksjon ikke ville bli en stor sak i Norge. IFE måtte derfor utvide forskningsaktiviteten til flere felt.

I starten var olje og gass spesielt viktig. Etter hvert ble det også fokus på vind, sol, hydrogen og batteriteknologi – og CO₂-fangst og lagring, sier Gaute Svenningsen – prosjektleder ved IFE.

Aktivitetene i KDC-IV

Prosjektet innebærer omfattende forsøk med urenheter i CO₂, både med og uten korrosjonsprøver. Flere av forsøkene omfatter betingelser og urenheter som ikke tidligere har blitt testet. Forsøkene gjennomføres under betingelser for både skipstransport (lav temperatur og moderate trykk) og rørledningstransport av flytende CO₂ (omgivelsestemperatur og høye trykk). Ved slike betingelser vil CO₂ være flytende eller superkritisk.

Resultatene fra tidligere KDC-prosjekter har blitt brukt til å videreutvikle den termodynamiske modellen til OLI Systems, slik at den nå også kan brukes til å simulere reaksjoner i flytende og superkritisk CO₂. Resultatene fra KDC-IV vil bli sammenlignet med OLI-beregninger for å gi en god oversikt over modellens nøyaktighet. Denne kunnskapen er svært nyttig for operatører som skal bruke verktøyene i reelle prosjekter – ved utarbeidelse av designbasis eller i drift av fullskalaprosjekter.

– Vi må hele tiden finne nye metoder for å håndtere urenhetene. Hvis du fanger CO₂ fra ulike kilder, er det mange ulike komponenter som må hensyntas. Det er viktig å finne balanse mellom hvor mye man må rense og hvor mye urenheter man kan leve med. Hvis du har en uheldig kombinasjon av urenheter kan det skape reaksjonsprodukter som ikke er ønsket i anlegget – som syreutfellinger, partikler eller elementært svovel. Dette kan være korrosivt og gjøre stor skade, sier Gaute videre.

Funn i forskningen

Hos IFE er det fire forskere som jobber med KDC-IV og to som arbeider med brønn- og reservoarrelaterte problemstillinger for CO₂-injeksjon. IFE har en rekke prosjekter som pågår samtidig, og det er stor pågang fra eksterne aktører som ønsker data fra IFE innen CO₂-transport.

Arbeidet i KDC-IV viser så langt at mange kombinasjoner av urenheter i hovedsak er inerte, mens andre fører til kjemiske reaksjoner. Noen kombinasjoner resulterer i dannelse av en separat vannfase. Den inneholder høye konsentrasjoner av svovelsyre, salpetersyre og elementært svovel. Denne vannfasen er korrosiv for karbonstål.

– Vi har veldig gode teknikere og ingeniører her i IFE, og et meget kompetent verksted. Vi bestiller mest mulig av forskningsutstyret som komponenter utenfra, og setter dette sammen selv. Det er mer effektivt enn å bestille alt ferdig, sier Gaute.

Kompetent miljø

Ernst Petter Axelsen i Gassnova er CLIMITs representant for KDC-IV. – IFE er ledende på feltet, og har kanskje det eneste miljøet i verden som kan utføre slike forsøk på det nivået prosjektet krever. Alt er arbeidskrevende og innebærer dyrt utstyr, og forutsetter mange års laberfaring. Vi har derfor store forventinger til hva IFE får til frem til prosjektavslutningen i 2027.

Videre arbeid i KDC-IV

Prosjektet KDC-IV skal studere utfelling av separate syreholdige faser i flytende CO₂, med forskjellige kombinasjoner av urenheter. Sammensetningen av disse syreholdige fasene blir undersøkt. Hvordan dråper av slike faser oppfører seg i CO₂-rørledningen, studeres i en høytrykks strømningsloop. Forsøk skal også studere effekten av forskjellige urenheter i CO₂-transportert gassfase (lave trykk).

KDC-IV-prosjektet skal gi omfattende kunnskap om korrosjon og kjemiske reaksjoner i CO₂. Dette er essensielt for å fastsette spesifikasjoner for sikker transport av CO₂ – i rørledninger og på skip.