Dette er, hvad du behøver at vide om kulstoffangst og -lagring

Hvorfor er der så meget snak om at opbevare CO ₂ underjordisk? Koster det ikke mere end det er værd? Her giver vi forskernes svar og forklaringer på, hvorfor CCS er klimateknologi, som vi er helt afhængige af. (Og ja, det er helt sikkert.)

Hvad er CCS helt præcist?

CCS er en forkortelse for carbon capture and storage. Det kulstof, der henvises til her, er drivhusgassen kuldioxid (CO ₂ ), som udsendes, når vi, for eksempel, brænde olie, kul eller gas, og når vi fremstiller cement og andre industriprodukter.

Så, CCS er teknologi, der kan fange og transportere denne CO ₂ og opbevare det sikkert under jordens overflade. Mange er derfor begyndt at omtale CCS som kulstofgenbrug, da planen er at returnere CO ₂ hvor det kom fra, underjordisk, for eksempel i gamle, stabile oliebeholdere, der kan forsegles.

Hvorfor er såkaldt CCS-opsamling og underjordisk lagring af CO ₂ – så vigtigt?

Årsagen er, at alle seriøse scenarier for fremtiden afhænger af, at vi kan klare denne udfordring, hvis togradersmålet skal nås i praksis. Med andre ord, vi har intet valg! Årsagen er, at vi vil være afhængige af olie og gas i flere år fremover. At slukke for verdens olieforsyning er en langt mere urealistisk løsning.

Det Internationale Energiagentur (IEA) og FN's klimapanel siger klart, at det er "ekstremt sandsynligt", at klimaændringer er forbundet med vores CO ₂ emissioner. Derfor, i 2050 skal verden reducere udledningen af ​​CO ₂ med 5 gigaton om året. Dette svarer til den samlede CO ₂ emissioner fra omkring ti tusinde fabrikker og kraftværker. CCS kan bidrage til fuldt ud at eliminere 14-17 procent af disse emissioner. (Baseret på tal fra 2015.)

Uden denne metode vil det være umuligt at nå det såkaldte to-gradersmål, som efter et stigende antal videnskabsmænds opfattelse bør justeres til 1,5 grader. For at være på den sikre side (dvs. sigte mod 1,5 grader) bør vi faktisk reducere emissionerne endnu mere, samtidig med at vi implementerer opsamling og lagring af CO ₂ .

For at opsummere:Sådanne initiativer som øget brug af atomkraft og vedvarende energi, og ændringer, der involverer elektrificering af transportindustrien, vil ikke være nok. Vi kan ikke klare os uden CCS. Verden må derfor undergå forandring i en skala, vi aldrig har set før, og det haster.

Hvorfor er det kommet til dette?

Først og fremmest:Verdens klimaforskere er enige om, at CO ₂ er en drivhusgas, der hæmmer varmestråling og derfor får Jordens temperatur til at stige. Når mængden af ​​CO ₂ i atmosfæren stiger, atmosfærens isolerende effekt øges også – med andre ord, CO ₂ bidrager til drivhuseffekten. Naturlige udledninger af CO ₂ håndteres af planeten selv, da træer og planter optager CO ₂ i forbindelse med fotosyntese, resulterer i det såkaldte "kulstofkredsløb". Imidlertid, siden den industrielle revolution er vores efterspørgsel efter energi steget, og denne efterspørgsel er blevet tilfredsstillet ved at bruge kul, olie og gas, som uden menneskelig indblanding ville være forblevet urørt, som et naturligt underjordisk kulstoflager. Ved at brænde kul og gas, og ved at etablere industri, der også udleder CO ₂ , vi har frigivet mere CO ₂ end naturen er i stand til at optage alene, for eksempel gennem fotosynteseprocessen.

Alle de tilgængelige tal og videnskabelige målinger viser, at drivhusgasemissionerne er steget støt siden 1890, og emissionerne frem til i dag har resulteret i en samlet stigning på én grad i middeltemperaturen ved Jordens overflade.

Vi ser allerede påvirkningen både på naturen og på infrastrukturen. En yderligere temperaturstigning vil føre til en stigning i havniveauet i takt med at polarisen smelter, til endnu mere ekstremt vejr, og til mere surt havvand, som igen vil få organismer som koraller og alger til at dø ud. Arter, der i dag danner føde til dyr og mennesker, vil forsvinde. Stigende temperatur og tørke vil dramatisk reducere udbyttet af korn, frugt og grøntsager. Det vil medføre en stigning i antallet af flygtninge.

Er det teknisk muligt at fange CO ₂ ?

Ja. Norske forskere har arbejdet på dette siden 1980'erne. I de dage CO ₂ allerede i nogen tid (siden 1970'erne) blevet sprøjtet ind i amerikanske oliefelter for at øge olieproduktionen. Næsten den samme teknologi bruges i CO ₂ fange i dag. Siden CCS startede i 1996, mere end 23 millioner tons CO ₂ har været sikkert opbevaret på Sleipner feltet, og vi har opbevaret CO ₂ på Snøhvit-feltet siden 2008. Oplagringen foregår i saltvandsfyldte porer i sandstensformationer (såkaldte saltvands-akviferer). Sådan CO ₂ ansamlinger er forseglet af en naturlig geologisk sten, såsom skifer eller ler.

Norge har også verdens største testanlæg for CO ₂ capture-teknologi på Mongstad. Her, store og små teknologiudbydere kan præsentere deres innovative koncepter til forbedring af CO ₂ indfange teknologi og teste dem i industriel skala under nøje kontrollerede forhold.

Er det dyrt?

Al teknologi koster penge, men de omkostninger, som klimaændringerne vil påføre os, vil være langt højere.

SINTEFs estimater viser, at omkostningerne ved storskala (dvs. millioner af tons om året) fangst, transport og opbevaring af CO ₂ fra kulfyrede kraftværker vil være ca. USD 93 pr. ton (NOK 830). (Se nøglefaktaboksen). Denne pris varierer afhængigt af landet, kilde, transportafstand og type af deponeringsplads. Indfangning af CO ₂ fra cementfabrikker, stålværker og forbrænding af affald vil koste mindre end at opfange CO ₂ fra kraftværker.

Imidlertid, CCS bliver hele tiden billigere:Som det er tilfældet med anden teknologi, der i starten er dyr, CO ₂ fangst er blevet mere effektivt og derfor billigere. Forskere forventer, at prisen vil synke yderligere, i takt med implementeringen af ​​teknologien. Udbredelsen af ​​denne teknologi anses også for at repræsentere et stort potentiale for industriel udvikling.

Hvordan fungerer CCS i praksis?

I det væsentlige, der er to kategorier af CCS:

Den første er at fange og opbevare CO ₂ findes i elproduktion og andre industrier, såsom cement, stål- og affaldsindustrien, samt elproduktion fra naturgas og kul. Det er kilder med høj CO ₂ emissioner.

SINTEFs forskningsanlæg for CO ₂ -fangst i Trondheim, Norge. Anlægget vil gøre det billigere at rense udstødningsgasserne fra gas- og kulkraftværker og procesindustrien for drivhusgassen CO ₂ . Laboratoriet bruges til forskning i kemisk rensning af CO ₂ fra udstødningsgasser, metoden, der skal bruges i de første fuldskalaanlæg i verden til CO ₂ fange. Foto:Thor Nielsen.

Dette gøres ved hjælp af forskellige kemiske processer.

Denne absorptionsteknologi (blandt disse, aminteknologi) bruger kemikalier, der binder til CO ₂ indeholdt i de industrielle røggasser, før det når skorstenen. Det betyder, at industrier som stålindustrien, gødningsproducenter og cementfabrikker kan reducere deres CO ₂ emissioner til nul.

Dette er ekstremt vigtigt, da disse industrier producerer varer, som verden har brug for, men er også indstillet til at producere CO ₂ som et biprodukt af deres aktivitet langt ud i fremtiden. CCS er den eneste løsning, der er, der kan levere nul-emissioner for disse industrier.

For at fange CO ₂ , det første trin er brugen af ​​kemikalier til at binde sig til CO ₂ . Derefter CO ₂ skal adskilles fra kemikalierne for at få ren CO ₂ . For at opnå dette, blandingen opvarmes for at frigive CO ₂ . Denne proces efterlader to produkter:ren CO ₂ der er let at håndtere og kemikalier der kan genbruges.

Processen med at adskille CO ₂ fra kemikalierne er dyrt, fordi det kræver meget energi. Sådan CO ₂ rensning er derfor mest rentabel i industrielle processer, der genererer spildvarme, fordi energien fra denne overskudsvarme kan bruges til rensningsprocessen. Norske forskere og Aker Solutions har udviklet en mobil testfacilitet til dette i Solvit-projektet.

Det mobile testanlæg har verificeret fangst fra gas- og kulfyrede kraftværker, raffinaderier, affaldsforbrændingsanlæg og cementfabrikker. Forskere afholdt test i seks pilotanlæg i Tyskland, Skotland, USA og Norge og vurderede 90 forskellige kemiske blandinger for at finde den bedste.

Den kemiske rensningsmetode kan også bruges, når man laver brint fra naturgas. Ved at bruge denne metode, brinten bliver fuldstændig emissionsfri.

Den anden metode kaldes BIO-CCS. I praksis betyder det udvinding af CO ₂ fra atmosfæren.

Princippet er at opfange og opbevare CO ₂ fra kilder, der oprindeligt anses for klimaneutrale, såsom biologisk affald, træflis eller gødning. Det, der fanges, er CO ₂ findes i jordens naturlige kredsløb - og ikke CO ₂ fra kulstofkilder som kul, olie og gas. På denne måde reducerer vi mængden af ​​drivhusgas, der allerede findes i atmosfæren, fordi det kommer fra det naturlige, biologisk CO ₂ cyklus.

BIO-CCS kan også udføres ved at fange og opbevare CO ₂ fra biologiske kilder gennem produktion af biocarbon (kul). Biocarbon er et godt jordforbedringsmiddel og binder sig også til CO ₂ , så længe kullet ikke er brændt og bliver i jorden. Metoden til fremstilling af biocarbon kaldes pyrolyse, og er så enkelt, at det kan klares i din egen have med haveaffald, for eksempel. Imidlertid, en pyrolyseovn er nødvendig.

I ovnen, biomassen opvarmes til mellem 500 og 700 grader med minimal lufttilførsel på ikke mere end 20 minutter. Biocarbon indeholder dobbelt så meget kulstof som andet organisk stof. Metoden er smart, fordi vi kun skal bruge jord eller dyrket jord til CO ₂ opbevaring, som gør transport og opbevaring af CO ₂ mindre kompliceret end fra industrien. Selvfølgelig, metoden er mest effektiv, når den anvendes i stor skala i gartneri eller landbrug.

Ifølge tal fra Norsk Institut for Bioøkonomisk Forskning (NIBIO), emissioner fra den norske landbrugssektor kan halveres, hvis 4, 000 norske gårde producerer og blander biocarbon i jorden. NIBIO er partner i CAPTURE+ projektet og er dem, der har forsket i biocarbon længst i Norge.

Hvordan ved vi, at transport af CO ₂ i rørledninger er sikkert?

I dag CO ₂ transporteres i rørledninger, der strækker sig over tusindvis af kilometer land i Nordamerika. I Norge, der er 150 kilometer CO ₂ rørledning på havbunden fra Snøhvit-feltet til Melkøya i Hammerfest.

Følgelig, transporterer CO ₂ er helt sikkert, hvis alle rørledningerne er specielt designet til CO ₂ transportere. For at finde ud af, hvad der er brug for, SINTEF har udviklet en avanceret simuleringsmodel, der kan forudsige om en revne eller anden skade på en CO ₂ transportrør kan udvikles til et kontinuerligt brud. Værktøjet viser, hvordan rørene i sig selv kan forhindre, at revner gror, uden at det er nødvendigt at gøre rørvæggene unødigt tykke eller til andre omkostningskrævende risikoreducerende tiltag.

Forsøg på at overdimensionere rørledningerne for at kontrollere brud ved at øge vægtykkelsen er en kostbar strategi. For en 50 kilometer lang rørledning med en diameter på 36 tommer, at øge vægtykkelsen med kun tre millimeter vil tilføje NOK 250 millioner (GBP £22,25) til de samlede omkostninger givet dagens stålpriser.

Den norske olieindustri har mange årtiers erfaring med rørdesign og sikkerhedsvurderinger i forbindelse med naturgasrørledningstransport. Men CO ₂ har andre egenskaber end naturgas. I modsætning til naturgas, CO ₂ opvarmes, når trykket falder. Hvis der er et hul i en CO ₂ rørledning, der frigives op til ti gange mere energi sammenlignet med en lækage i en naturgasrørledning.

For nylig, SINTEF har brugt simuleringsmodellen til at udarbejde fremskrivninger til nordlysprojektet. Dette projekt ledes af Equinor med Shell og Total som partnere og dækker transport- og lagerdelen af ​​Norges demonstrationsprojekt for fuldskala CO2. ₂ håndtering.

Hvordan ved vi, at underjordisk opbevaring af CO ₂ er sikkert?

Til dato, al forskning og erfaring tyder på, at lagring af CO ₂ kan gøres sikkert, hvis passende opbevaringsområder vælges.

Et godt eksempel er Equinors pilotprojekt på Sleipner, hvor 1 million tons CO ₂ om året er blevet sprøjtet ind i den hældende sandsten under tættere lag af ler næsten 1, 000 meter under havbunden siden 1996. SINTEF forsker i mange emner relateret til sikkerhed, men også omkostningseffektiv, opbevaring:

Et eksempel på igangværende forskning er det SINTEF-koordinerede Pre-ACT-projekt, som er finansieret af EU, Norges forskningsråd, Equinor, Shell og Total, blandt andre.

I projektet, forskere har adgang til overvågningsdata fra vigtige CO ₂ lager demonstrationsanlæg. Dataene vil blive brugt til at kalibrere og demonstrere værdien af ​​de udviklede metoder og til at udvikle en "protokol" eller anbefalinger.

Anbefalingerne er udviklet som værktøjer til operationelle beslutninger baseret på information om poretrykket i lagerreservoiret. Dette vil hjælpe operatørerne med at maksimere både sikkerheden og lagerkapaciteten på en omkostningseffektiv måde. Systemet vil også blive brugt til at overvåge reservoirerne.

Pre-ACT bruger et stort feltlaboratorium til CO ₂ lager:Svelvik CO ₂ Field Lab. Feltet ligger i en sandkasse nær Drammen i Norge og administreres af SINTEF. Laboratoriet består af en injektionsbrønd og fire overvågningsbrønde, alle med instrumenter til at måle, hvad der sker både i selve brøndene og i områderne mellem brøndene. Dette giver forskerne endnu mere unikke data.

Ud over, dette feltlaboratorium giver forskere unikke muligheder for at teste nye metoder og udstyr, såsom fiberoptiske sensorer til CO ₂ overvågning.