Lavtrykk CO₂; Større transportvolumer og økt kapasitet

Et lavtrykks transportsystem er et alternativ til mellomtrykk, og er den foretrukne løsningen for de fleste prosjekter som håndterer lastvolumer større enn 20 000 m³.

Transportforhold

Under lavtrykksforhold blir flytende CO₂ transportert ved trykk og temperatur nærmere trippelpunktet, sammenlignet med dagens industripraksis. Det reduserte trykket og temperaturen tillater større lasttankdiameter, og drar også nytte av økt massetetthet – noe som fører til større lastekapasitet per skip, samtidig som de totale fraktkostnadene reduseres.

CETO-prosjektutvikling

Prosjektet «CO₂ Efficient Transport via Ocean» (CETO) ledet av DNV, er et samarbeid mellom Equinor Energy AS, Gassco, TotalEnergies, EP Norge AS og Shell Global Solutions International B.V. CLIMIT støttet CETO-prosjektet med over 8,2 millioner NOK, som utgjør 32 % av deres totale budsjett.

CETO-prosjektets formål

CO₂-transport med skip har blitt utført i flere tiår – men i begrenset omfang for bedrifter i mat-, rengjørings- og kjemisk industri. For tiden er det ingen operasjonell erfaring med lavtrykks skipsfart av CO₂, som er forbundet med høyere risiko sammenlignet med mellomtrykk. Slike risikoer minimeres med riktig design av prosessene i transportkjeden, sier Ernst Petter Axelsen i Gassnova.

CETO undersøker de grunnleggende aspektene ved en lavtrykks verdikjede – og har som mål å redusere usikkerhetene knyttet til design, konstruksjon og drift samt, forbedre løsninger for skipstransport av CO₂.

Prosjektfaser

Prosjektet var delt inn i en planleggingsfase og en gjennomføringsfase. I planleggingsfase (Q2 til Q4 2020), var målet å identifisere nye elementer, tekniske usikkerheter og etablere relevante kvalifikasjonsaktiviteter nødvendige for å håndtere risiko og usikkerhet.

I gjennomføringsfase (Q3 2021 til Q1 2024) inkluderte kvalifikasjonsaktivitetene:

• Konseptdesign av et landbasert kondisjonerings- og kondenseringsanlegg, og eksperimentell demonstrasjon av kondensering ved lavtrykk (i samarbeid med SINTEF industri)
• Utvikling av et egnet skipsdesign og lasthåndteringssystem for transport av 30 000 m³ CO₂
• Design av lastsikringssystemet og kvalifikasjon av materiale for å håndtere stor lastvekt, sikre konstruksjonen og drift ved designtemperatur
• Design, konstruksjon og idriftsettelse av en testrigg som ligner et lasthåndteringssystem. Dette for å undersøke overnasjonaliteten til et lavtrykks system, og sette en sikker ramme for operasjonene
• Benchmarking og validering av simuleringsverktøy for vurdering av lasthåndteringsoperasjoner i lavtrykksområdet.

• Eksperimentelle og modelleringsaktiviteter innen CO₂-termodynamikk for å redusere usikkerhet i digitale designverktøy.

Prosjektresultater så langt

– Resultatene fra kvalifikasjonsaktivitetene indikerer ingen tekniske hindringer for implementering av en lavtrykks CO₂-skipsfart verdikjede. Selv om det er tekniske elementer som krever oppfølging i den videre utviklingen, har CETO demonstrert gjennomførbarheten av et lavtrykks kondenseringsanlegg ved å utvikle et konseptdesign som oppfyller designspesifikasjonene. Konseptdesignet av skipet, lasttanken og lasthåndteringssystemet viser at en dedikert 30K lavtrykks LCO₂-frakter kan utvikles, i samsvar med gjeldende regler og forskrifter – sier Gabriele Notaro, prosjektleder i DNV.

Kampanjen på testriggen demonstrerte at lasthåndteringsoperasjoner kunne gjennomføres uten dannelse av tørris, ved damptrykk i området 6 til 9 barg. Til slutt ble nøyaktigheten og egnetheten til simuleringsverktøyene «benchmarket» med god overensstemmelse mot eksperimentelle tester. Disse aktivitetene ga verdifull erfaring og forståelse av de grunnleggende elementene i en lavtrykks verdikjede, og resultatene indikerer at lavtrykk er teknisk gjennomførbart.

CLIMITs bidrag

– CLIMIT har vært en viktig tilrettelegger, og gitt verdifulle råd om håndtering av prosjektet i ulike faser. Til tross for tekniske utfordringer, vil prosjektpartnerne bruke resultatene og kunnskapen i egne, interne beslutningsprosesser og spesifikke CCS-infrastrukturaktiviteter – konkluderer Gabriele Notaro i DNV.

Fremtidige planer

CETO-partnerne vurderer videre aktiviteter relatert til operasjoner under lavtrykksforhold, inkludert:

• Alternative materialer egnet for bruk ved lave temperaturer, med fokus på produksjons- og sveiseteknologi – for å identifisere en kostnadseffektiv løsning for relevante temperaturområder
• Evaluering av gjennomførbarhet, fordeler og tekniske barrierer ved bruk av re-kondensering på lavtrykks CO₂-skip under transport, og dermed redusere designtrykkmarginer for lasttanker
• Løsninger for forskjellige urenheter, inkludert syre produsert ved kjemiske reaksjoner under lavtrykksforhold
• Undersøkelse av kjemiske reaksjoner mellom urenheter under lavtrykksforhold, og mulig korrosjonseffekt
• Velge representativ CO₂-produktspesifikasjon for lavtrykksalternativet, som kan innebære å analysere balansen mellom å redusere nivåer av urenheter og redusere korrosivitet.

Publikasjoner etter CETO-prosjektet

Frem til nå har følgende publikasjoner blitt utgitt basert på prosjektets arbeid:

• Gabriele Notaro, Jed Belgaroui, Knut Maråk, Roe Tverrå, Steve Burthom, Erik Mathias Sørhaug “CETO: Technology Qualification of Low-Pressure CO₂ Ship Transport” 16th Greenhouse Gas Control Technologies Conference, Lyon 23-27 October 2022
• Michael Drescher, Adil Fahmi, Didier Jamois, Christophe Proust, Esteban Marques-Riquelme, Jed Belgaroui, Leyla Teberikler, Alexandre Laruelle. “Blowdown of CO₂ vessels at low and medium pressure conditions: Experiments and simulations” 0957-5820/© 2023 Institution of Chemical Engineers. Published by Elsevier Ltd.
• GHGT16 Proceedings, Poster presentation, “BLOWDOWN OF CO₂ VESSELS AT LOW AND MEDIUM PRESSURE CONDITIONS: EXPERIMENTS AND SIMULATIONS”; Michael Drescher, Adil Fahmi, Didier Jamois, Christophe Proust, Esteban Marques-Riquelme, Jed Belgaroui, Leyla Teberikler, Alexandre Laruelle. 16th Greenhouse Gas Control Technologies Conference, Lyon 23-27 October 2022
• Rod Burgass, Antonin Chapoy “Dehydration requirements for CO₂ and impure CO₂ for ship transport,” Fluid Phase Equilibria. Volume 572, September 2023, 113830
• Antonin Chapoy, Pezhman Ahmadi, Rod Burgass “Direct Measurement of Hydrate Equilibrium Temperature in CO₂ and CO₂ Rich Fluids with Low Water Content,” Fluid Phase Equilibria Volume 581, June 2024, 114063
• Franklin Okoro, Antonin Chapoy, Pezhman Ahmadi, Rod Burgass “Effects of non-condensable CCUS impurities (CH4, O₂, Ar and N₂) on the saturation properties (bubble points) of CO₂-rich binary systems at low temperatures (228.15–273.15 K)” Greenhouse Gases: Science & Technology, 26 December 2023