Norge har världens största testanläggning för teknik för avskiljning av CO2 vid Mongstad. Här, stora och små teknikleverantörer kan presentera sina innovativa koncept för förbättring av CO2 -fångningsteknik och testa dem i industriell skala under noggrant kontrollerade förhållanden. Upphovsman:MariusL, TU/ iStock
Varför talas det så mycket om lagring av koldioxid 2 underjordiska? Kostar det inte mer än det är värt? Här ger vi forskarnas svar och förklaringar till varför CCS är klimatteknik som vi är helt beroende av. (Och ja, det är helt säkert.)
Vad är egentligen CCS?
CCS är en förkortning av kolfångst och lagring. Det kol som avses här är växthusgasen koldioxid (CO 2 ), som avges när vi, till exempel, bränna olja, kol eller gas och när vi tillverkar cement och andra industriprodukter.
Så, CCS är teknik som kan fånga och transportera denna CO 2 och förvara den säkert under jordens yta. Många har därför börjat hänvisa till CCS som koldioxidåtervinning, eftersom planen är att lämna tillbaka CO 2 dit den kom ifrån, underjordiska, till exempel i gamla, stabila oljereservoarer som kan tätas.
Varför är så kallad CCS-avskiljning och underjordisk lagring av CO 2 -så viktigt?
Anledningen är att alla seriösa scenarier för framtiden är beroende av att vi kan möta denna utmaning om tvågradersmålet ska uppnås i praktiken. Med andra ord, vi har inget val! Anledningen är att vi kommer att vara beroende av olja och gas i flera år framöver. Att stänga av världens oljeförsörjning är en mycket mer orealistisk lösning.
Internationella energibyrån (IEA) och FN:s klimatpanel uppger tydligt att det är ”extremt troligt” att klimatförändringar är kopplade till vår CO 2 utsläpp. Därav, år 2050 måste världen minska koldioxidutsläppen 2 med 5 gigaton per år. Detta motsvarar det totala CO 2 utsläpp från cirka tiotusen fabriker och kraftverk. CCS kan bidra till att eliminera helt 14-17 procent av dessa utsläpp. (Baserat på siffror från 2015.)
Utan denna metod är det omöjligt att uppnå det så kallade tvågradersmålet, som enligt ett ökande antal forskares uppfattning borde justeras till 1,5 grader. För att vara på den säkra sidan (dvs. sikta på 1,5 grader) borde vi faktiskt minska utsläppen ytterligare, samtidigt som vi implementerar insamling och lagring av CO 2 .
Sammanfattningsvis:initiativ som ökad användning av kärnkraft och förnybar energi, och förändringar som innebär elektrifiering av transportindustrin kommer inte att räcka. Vi kan inte klara oss utan CCS. Världen måste därför genomgå förändringar i en skala som vi aldrig har sett förut, och detta är brådskande.
Varför har det kommit till detta?
Först och främst:Världens klimatforskare håller med om att CO 2 är en växthusgas som hämmar värmestrålning och därför får jordens temperatur att stiga. När mängden CO 2 i atmosfären ökar, atmosfärens isolerande effekt ökar också - med andra ord, CO 2 bidrar till växthuseffekten. Naturliga utsläpp av CO 2 hanteras av planeten själv, eftersom träd och växter absorberar CO 2 i samband med fotosyntes, vilket resulterar i den så kallade "kolcykeln". Dock, sedan den industriella revolutionen har vårt behov av energi ökat, och denna efterfrågan har tillgodoses genom att använda kol, olja och gas, som utan mänsklig inblandning skulle ha förblivit orörd, som en naturlig underjordisk kolbutik. Genom att bränna kol och gas, och genom att etablera en industri som också avger CO 2 , vi har släppt ut mer CO 2 än naturen kan absorbera ensam, till exempel genom fotosyntesprocessen.
Alla tillgängliga siffror och vetenskapliga mätningar visar att utsläppen av växthusgaser har ökat stadigt sedan 1890, och utsläppen fram till nu har resulterat i en total ökning av medeltemperaturen på jordens yta med en grad.
Vi ser redan effekten både på naturen och på infrastrukturen. En ytterligare temperaturökning kommer att leda till en höjning av havsnivån när polarisen smälter, till ännu mer extremt väder, och till surare havsvatten som i sin tur kommer att få organismer som koraller och alger att dö ut. Arter som för närvarande bildar mat för djur och människor kommer att försvinna. Stigande temperatur och torka kommer att dramatiskt minska spannmålsutbytet, frukt och grönsaker. Detta kommer att orsaka en ökning av antalet flyktingar.
Är det tekniskt möjligt att fånga CO 2 ?
Ja. Norska forskare har arbetat med detta sedan 1980 -talet. På den tiden CO 2 hade redan injicerats under en tid (sedan 1970 -talet) i amerikanska oljefält för att öka oljeproduktionen. Nästan samma teknik används inom CO 2 fånga idag. Sedan CCS började 1996, mer än 23 miljoner ton koldioxid 2 har lagrats säkert på Sleipner -fältet och vi har lagrat CO 2 vid Snøhvit-fältet sedan 2008. Lagringen sker i saltlake-fyllda porer i sandstensformationer (så kallade saltvatten-akviferer). Sådan CO 2 ackumuleringar förseglas med en naturlig geologisk sten, såsom skiffer eller lera.
Norge har också världens största testanläggning för CO 2 fånga teknik på Mongstad. Här, stora och små teknikleverantörer kan presentera sina innovativa koncept för att förbättra CO 2 fånga teknik och testa dem i industriell skala under noggrant kontrollerade förhållanden.
Är det dyrt?
All teknik kostar pengar, men de kostnader som klimatförändringen kommer att påföra oss kommer att bli mycket högre.
SINTEF:s uppskattningar visar att kostnaden för storskaliga (dvs. miljoner ton per år) fångar upp, transport och lagring av CO 2 från kolkraftverk kommer att ligga på cirka 93 USD per ton (830 NOK). (Se rutan för nyckelfakta). Denna kostnad varierar beroende på land, källa, transportavstånd och typ av deponeringsplats. Fånga CO 2 från cementfabriker, stålverk och förbränning av avfall kommer att kosta mindre än att fånga CO 2 från kraftverk.
Dock, CCS blir billigare hela tiden:Liksom är fallet med annan teknik som till en början är dyr, CO 2 fångst har blivit mer effektivt och därför billigare. Forskare förväntar sig att priset sjunker ytterligare, i takt med implementeringen av tekniken. Spridning av denna teknik ses också som en stor potential för industriell utveckling.
Hur fungerar CCS i praktiken?
Väsentligen, det finns två kategorier av CCS:
Den första är att fånga och lagra CO 2 finns i kraftproduktion och andra industrier, såsom cement, stål- och avfallsindustrin, samt kraftproduktion från naturgas och kol. Dessa är källor med högt CO 2 utsläpp.
SINTEF:s forskningsanläggning för CO 2 -fångst i Trondheim, Norge. Anläggningen kommer att göra det billigare att rengöra avgaserna från gas- och kolkraftverk och processindustrin för växthusgasen CO 2 . Laboratoriet används för forskning om kemisk rening av CO 2 från avgaser, metoden som kommer att användas i de första fullskaliga anläggningarna i världen för CO 2 fånga. Foto:Thor Nielsen.
Detta görs med hjälp av olika kemiska processer.
Denna absorptionsteknik (bland dessa, aminteknik) använder kemikalier som binder till CO 2 som finns i industriella rökgaser innan den når skorstenen. Detta innebär att industrier som stålindustrin, gödselproducenter och cementfabriker kan minska sitt koldioxidutsläpp 2 utsläpp till noll.
Detta är oerhört viktigt eftersom dessa industrier producerar varor som världen behöver, men kommer också att producera CO 2 som en biprodukt av deras verksamhet långt in i framtiden. CCS är den enda lösningen som kan leverera nollutsläpp för dessa industrier.
För att fånga CO 2 , det första steget är användningen av kemikalier för att binda till CO 2 . Sedan CO 2 måste separeras från kemikalierna för att få rent CO 2 . För att uppnå detta, blandningen upphettas för att frigöra CO 2 . Denna process lämnar två produkter:ren CO 2 som är lätt att hantera och kemikalier som kan återanvändas.
Processen att separera CO 2 från kemikalierna är dyrt, för det kräver mycket energi. Sådan CO 2 rening är därför mest lönsam i industriprocesser som genererar spillvärme, eftersom energin från denna överskottsvärme kan användas för reningsprocessen. Norska forskare och Aker Solutions har utvecklat en mobil testanläggning för detta i Solvit -projektet.
Den mobila testanläggningen har verifierat fångst från gas- och kolkraftverk, raffinaderier, avfallsförbränningsanläggningar och cementfabriker. Forskare genomförde tester i sex pilotanläggningar i Tyskland, Skottland, USA och Norge och utvärderade 90 olika kemiska blandningar för att hitta den bästa.
Den kemiska reningsmetoden kan också användas när väte skapas från naturgas. Med denna metod, vätet blir helt utsläppsfritt.
Den andra metoden kallas BIO-CCS. I praktiken innebär det att utvinna CO 2 från atmosfären.
Principen är att fånga upp och lagra CO 2 från källor som ursprungligen anses vara klimatneutrala, såsom biologiskt avfall, flis eller gödsel. Det som fångas är CO 2 finns i jordens naturliga kretslopp - och inte CO 2 från kolkällor som kol, olja och gas. På så sätt minskar vi mängden växthusgaser som redan finns i atmosfären, eftersom det kommer från det naturliga, biologiskt CO 2 cykel.
BIO-CCS kan också göras genom att fånga och lagra CO 2 från biologiska källor genom produktion av biokol (kol). Biokol är en bra jordförbättrare och binder även till CO 2 , så länge kolet inte bränns och blir kvar i jorden. Metoden för att producera biokol kallas pyrolys, och är så enkelt att det kan göras i din egen trädgård med trädgårdsavfall, till exempel. Dock, en pyrolysugn behövs.
I ugnen, biomassan värms till mellan 500 och 700 grader med minimal lufttillförsel på högst 20 minuter. Biokol innehåller dubbelt så mycket kol som annat organiskt material. Metoden är smart eftersom vi bara behöver jord eller odlad mark för CO 2 lagring, vilket gör transport och lagring av CO 2 mindre komplicerat än från industrin. Självklart, metoden är mest effektiv när den används i stor skala inom trädgårdsodling eller jordbruk.
Enligt siffror från Norwegian Institute of Bioeconomy Research (NIBIO), utsläppen från den norska jordbrukssektorn kan halveras om 4, 000 norska gårdar producerar och blandar biokol i jorden. NIBIO är en partner i CAPTURE+ -projektet och är de som har undersökt biokol längst i Norge.
Hur vet vi att transport av CO 2 i rörledningar är säkert?
Idag är CO 2 transporteras i rörledningar som sträcker sig över tusentals kilometer mark i Nordamerika. I Norge, det finns 150 kilometer CO 2 rörledning på havsbotten från Snøhvit -fältet till Melkøya i Hammerfest.
Följaktligen, transporterar CO 2 är helt säkert om alla rörledningar är speciellt utformade bara för CO 2 transport. För att ta reda på vad som behövs, SINTEF har utvecklat en avancerad simuleringsmodell som kan förutsäga om en spricka eller annan skada på en CO 2 transportrör kan utvecklas till ett kontinuerligt brott. Verktyget visar hur själva rören kan förhindra att sprickor växer utan att behöva göra rörväggarna onödigt tjocka eller för andra kostsamma riskreducerande åtgärder.
Att försöka överdimensionera rörledningarna för att kontrollera sprickor genom att öka väggtjockleken är en kostsam strategi. För en 50 mil lång pipeline med en 36-tums diameter, Att öka väggtjockleken med bara tre millimeter kommer att lägga till 250 miljoner norska kronor (22,25 pund pund) till den totala kostnaden med tanke på dagens stålpriser.
Den norska oljeindustrin har många decenniers erfarenhet av rörkonstruktion och säkerhetsbedömningar relaterade till transport av naturgasledningar. Men CO 2 har andra egenskaper än naturgas. Till skillnad från naturgas, CO 2 värms när trycket minskar. Om det finns ett hål i en CO 2 rörledning, upp till tio gånger mer energi frigörs jämfört med ett läckage i en naturgasledning.
Nyligen, SINTEF har använt simuleringsmodellen för att förbereda prognoser för norrskenprojektet. Detta projekt drivs av Equinor med Shell och Total som partners och täcker transport- och lagringsdelen av Norges demonstrationsprojekt för fullskalig CO 2 hantering.
Hur vet vi den underjordiska lagringen av CO 2 är säkert?
Hittills, all forskning och erfarenhet tyder på att lagring av CO 2 kan göras säkert om lämpliga lagringsområden väljs.
Ett bra exempel är Equinors pilotprojekt på Sleipner, där 1 miljon ton CO 2 per år har injicerats i den hällande sandstenen under tätare lager av lera nästan 1, 000 meter under havsbotten sedan 1996. SINTEF forskar många ämnen som rör säkerhet, men också kostnadseffektivt, lagring:
Ett exempel på pågående forskning är det SINTEF-samordnade Pre-ACT-projektet, som finansieras av EU, Norges forskningsråd, Equinor, Shell och Total, bland andra.
I projektet, forskare har tillgång till övervakningsdata från viktiga CO 2 demonstrationsanläggningar för lagring. Data kommer att användas för att kalibrera och demonstrera värdet av de utvecklade metoderna och för att utveckla ett "protokoll" eller rekommendationer.
Rekommendationerna utvecklas som verktyg för operativa beslut baserade på information om poretrycket i lagringsbehållaren. Detta kommer att hjälpa operatörerna att maximera både säkerhet och lagringskapacitet på ett kostnadseffektivt sätt. Systemet kommer också att användas för att övervaka reservoarerna.
Pre-ACT använder ett stort fältlabb för CO 2 lagring:Svelvik CO 2 Field Lab. Fältet ligger i en sandgrop nära Drammen i Norge och sköts av SINTEF. Labbet består av en injektionsbrunn och fyra övervakningsbrunnar, alla med instrument för att mäta vad som händer både i själva brunnarna och i områdena mellan brunnarna. Detta ger forskare ännu mer unik data.
Dessutom, this field lab provides researchers with unique opportunities for testing new methods and equipment, such as fibre-optic sensors for CO 2 monitoring.
