Dette må du vite om fangst og lagring av CO₂

Hva er egentlig CCS?

CCS er en forkortelse for det engelske begrepet Carbon Capture and Storage. På norsk kaller vi det karbonfangst og -lagring. Karbonet som omtales er klimagassen CO₂, altså kullsyre, som vi slipper ut når vi for eksempel brenner olje, kull og gass, når vi produserer sement, og i andre industrielle produkter.

CCS er altså en teknologi som kan fange, transportere og lagre CO₂-en trygt under jordskorpa. Derfor har mange begynt å omtale CCS som karbon-retur, fordi planen er å lagre CO₂-en tilbake i undergrunnen der karbonet kom fra, for eksempel i gamle og stabile oljereservoarer som kan forsegles.

Hvorfor er det å fange og lagre CO₂ i undergrunnen så viktig?

Fordi alle seriøse framtidsscenarier forutsetter at vi løser denne utfordringen for at to-gradersmålet skal være mulig å nå. Vi kan altså ikke velge det bort! Og alt tyder på at verden vil være avhengige av olje og gass i flere år framover. 

Vi trenger olje og gass i overskuelig framtid. Derfor må vi ta i bruk teknologi for fangst og lagring av CO₂. Uten denne løsningen får vi ikke redusert utslippene våre raskt nok, mener forskerne.  Foto: Thinkstock.com VIS MER

Siden starten av den industrielle revolusjonen har CO₂-konsentrasjonen i atmosfæren økt med 38 prosent. IEA (Det internasjonale energibyrået) og FN sitt klimapanel er entydige:

Det er ekstremt sannsynlig at klimaendringene henger sammen med våre CO₂-utslipp.

Innen 2050 må verden derfor redusere utslippet av CO₂ med 5 gigatonn per år. Dette tilsvarer det totale CO₂-utslippet fra cirka ti tusen fabrikker og kraftverk. CCS kan bidra til å fjerne hele 14-17 prosent av disse utslippene (tall fra 2015).

Uten denne løsningen er det ikke mulig å klare togradersmålet – som stadig flere forskere mener vi bør justere ned til  1, 5 grad. For å være på den sikre siden (1,5 grad) bør vi altså redusere utslippene våre enda mer, samtidig som vi fanger og lagrer klimagassen CO₂.

Oppsummert: Tiltak som for eksempel økt bruk av kjernekraft og fornybar energi, og endringer med elektrifisering av transportsektoren, vil ikke være nok. CCS kommer vi ikke utenom. Verden må altså gjennom en endring i et omfang vi aldri har sett før, og det haster.

Hvorfor har det blitt sånn?

Aller først: Verdens klimaforskere er enige om at CO₂ er en klimagass som forsinker varmeutstråling og dermed skaper temperaturstigning på jorda. Når mengden CO₂ i atmosfæren øker, øker også isolasjonsevnen til atmosfæren. CO₂ er altså en drivhusgass.

Det er ekstremt sannsynlig at klimaendringene henger sammen med våre CO₂-utslipp.

Innen 2050 må verden derfor redusere utslippet av CO₂ med 5 gigatonn per år. Dette tilsvarer det totale CO₂-utslippet fra cirka ti tusen fabrikker og kraftverk. CCS kan bidra til å fjerne hele 14-17 prosent av disse utslippene (tall fra 2015).

Uten denne løsningen er det ikke mulig å klare togradersmålet…

Naturlige utslipp av CO₂ er noe jordkloden selv håndterer fordi trær og planter binder CO₂ som en del av fotosyntesen. Naturlig utslipp av CO₂ går i et kretsløp.

Men etter den industrielle revolusjonen har vi økt behovet for energi. Denne energien har vi hentet fra kull, olje og gass, som uten menneskelig inngripen hadde ligget urørt. Med å brenne kull og gass og etablere industri som også slipper ut CO₂, har vi har sluppet løs mer CO₂ enn det naturen selv klarer å ta opp – gjennom for eksempel fotosyntesen.

Alle tall og vitenskapelige målinger viser at klimagassutslippene har økt jevnt og trutt siden 1890, og til sammen har utslippene fram til i dag medført én grads økning i middeltemperaturen på jordoverflaten. 

Konsekvensene ser vi allerede på både natur og infrastruktur. Videre temperaturstigning vil føre til havstigning når pol-isen smelter, enda mer ekstremvær, og et surere hav som igjen fører til at arter som koraller og alger dør.

Arter som i dag er mat for dyr og mennesker vil forsvinne. Stigende temperatur og tørke vil redusere avlingene våre av korn, frukt og grønnsaker dramatisk. Dette vil jage mange mennesker på flukt.

Er det teknisk mulig å fange CO₂?

Ja. CCSNorske forskere har jobbet med dette helt siden 1980-tallet. Den gangen hadde CO₂ i over ti-femten år blitt injisert i amerikanske oljefelt for å øke graden av oljeutvinning.

Teknologien er nesten den samme som brukes for CO₂-lagring i dag. Siden starten i 1996 er mer enn 23 millioner tonn CO₂ trygt lagret på Sleipner. Og på Snøhvit har vi lagret CO₂ siden 2008. Lagringen skjer i saltvannsfylte porer i bergarter av sandstein (såkalte saltvannsakviferer). Slike CO₂-lager er forseglet med et naturlig geologisk tak, for eksempel skifer eller leire.

I likhet med andre teknologier som er dyre i starten, har CO₂-fangst blitt mer effektiv og dermed rimeligere.

Norge har også verdens største testanlegg for CO₂-fangstteknologi. Dette ligger på Mongstad. Her kan store og små teknologileverandører komme med sine gode ideer for forbedrede teknologier for CO₂-fangst og teste dem ut i industriell skala under nøye kontrollerte forhold.

I Norge har vi 150 kilometer CO₂-rørledning på havbunnen fra Melkøya utenfor Hammerfest og ut til Snøhvit-feltet.

Sementindustrien står for åtte prosent av verdens CO₂-utslipp, men produksjonen egner seg godt for rensing. Bildet viser en sementfabrikk i Kina. Foto: Kåre Helge Karstensen, SINTEF Community VIS MER

Er det dyrt?

All ny teknologi koster, men kostnadene klimaendringene vil påføre oss vil være svært mye høyere.

Estimater fra SINTEF viser at kostnaden for storskala fangst (dvs. millioner av tonn per år) transport og lagring av CO₂ fra kullkraftverk, vil bli på ca. 830 kroner per tonn. Kostnaden vil være avhengig av land, kilde, transportlengde og type deponi. (Se faktaboks.) Fangst av CO₂ fra sementfabrikker, stålverk og forbrenningsanlegg for avfall vil koste mindre enn fangst fra kraftverk.

Men CCS blir stadig billigere:

I likhet med andre teknologier som er dyre i starten, har CO₂-fangst blitt mer effektiv og dermed rimeligere. Forskere forventer at prisen vil synke enda mer – i takt med at teknologien blir tatt mer i bruk. I tillegg regnes spredning av denne teknologien som en stor industri-mulighet.

• Les mer om hvorfor CC stadig blir billigere

Hvordan fungerer CCS i praksis?

Vi har i hovedsak to kategorier CCS:

Den første er å fange og lagre CO_₂ som finnes i fra industri og kraftproduksjon, som sement-, stål- og avfallsindustrien, og kraftproduksjon fra naturgass og kull. Altså store punktkilder med høye CO₂-utslipp. Dette gjøres ved hjelp av ulike kjemiske prosesser.

Denne fangst-teknologien bruker kjemikalier (såkalt aminteknologi) som binder seg til CO₂-en som finnes i røykgassen fra industrien, før den når pipa. Dette gjør at bransjer som stålindustri, gjødselprodusenter og sementfabrikker kan få null i CO₂-utslipp.

Det er svært viktig fordi de produserer varer verden må  ha, men som samtidig er dømt til å produsere CO₂ som et biprodukt fra sin aktivitet i all framtid. CCS er den eneste løsningen vi har som kan gi disse nullutslipp.

For å fange CO₂-en brukes rensekjemikalier som i første steg kleber seg til CO₂-en. Deretter må CO₂-en separeres fra kjemikaliene, slik at vi får ren CO₂. For å separere «kokes» kjemikaliene, med det resultat at CO₂-en slipper. Igjen står man med to produkter: ren CO₂ som er lett å håndtere, og kjemikaliene som kan benyttes på nytt.

… Dette gjør at bransjer som stålindustri, gjødselprodusenter og sementfabrikker kan få null i CO₂-utslipp.

Det er prosessen med å separere rensekjemikalier og CO₂ som er kostnadsdrivende, fordi den krever mye energi. CO₂-rensing er derfor mest lønnsomt i industri-prosesser som gir spillvarme, fordi energien i denne varmen kan brukes til nettopp renseprosessen.

I prosjektet Solvit har norske forskere utviklet et mobilt testanlegg for dette.

Det mobile testanlegget har prøvd ut fangst fra gass- og kullkraft, raffineri, avfallsforbrenning og sement. Forskerne har kjørt tester i seks pilotanlegg i Tyskland, Skottland, USA og Norge og vurderte 90 ulike kjemikalie-cocktails, før de fant den beste.

Den kjemiske rensemetoden kan for øvrig også brukes når man lager hydrogen fra naturgass. På denne måten blir hydrogenet helt utslippsfritt.

Den andre metoden kalles BIO-CCS. Da henter man i praksis ut CO₂ fra atmosfæren. 

Prinsippet her er å fange og lagre CO₂ fra kilder som i utgangspunktet regnes som klimanøytrale, som biologisk søppel, treflis eller møkk. Det som fanges er altså CO₂-en som finnes i jordas naturlige kretsløp – og ikke CO₂ fra karbonkildene kull, olje, eller gass. På denne måten reduserer vi den totale mengden klimagass som allerede finnes i atmosfæren.

• Vil du lære mer om BIO-CCS kan du lese denne saken

Vi kan også gjøre BIO-CCS gjennom å fange og lagre CO₂ fra biologiske CO₂-kilder gjennom biokull-produksjon.

Å transportere CO₂ er helt trygt dersom alle rørledningene er laget for nettopp CO_2-transport.

Biokull er et godt jordforbedringsmiddel, som i tillegg binder CO₂-en, så lenge dette kullet ikke brennes, men forblir i jorda. Metoden for framstilling av biokull kalles pyrolyse, og er så enkel at den faktisk kan gjøres i din egen bakgård, med for eksempel hageavfall. Da trenger du imidlertid en pyrolyseovn.

Brenner for biokull – helt bokstavelig: SINTEF-forskerne Maria Kollberg Thomassen og Markus Steen ved Skjærgaarden gartneri. Foto: Lisbet Jære VIS MER

I ovnen varmes biomassen til mellom 500 og 700 grader, men med minimal tilførsel av luft, og det tar ikke mer enn 20 minutter. Biokull inneholder dobbelt så mye karbon som annet organisk materiale.

Metoden er smart fordi vi altså bare trenger jord eller dyrka mark som CO₂-lager. Det gjør transport og lagring av CO₂ mindre komplisert enn fangst og lagring fra industrien.

 Metoden er selvfølgelig mest effektiv dersom den tas i bruk i stor skala hos gartnerier eller i landbruket.

Ifølge tall fra Norsk institutt for bioøkonomi (NIBIO) kan utslippene fra den norske landbrukssektoren halveres dersom 4000 norske gårder lager biokull og blander det i jorda.

NIBIO er en av partnerne i prosjektet CAPTURE+, og er de som har forsket lengst på biokull i Norge.

• Les mer om biokull som både CO₂-lager og jordforbedring her

Hvordan vet vi at det er trygt å transportere CO₂ i rør?

I dag transporteres CO₂ i rørledninger som strekker seg over tusenvis av kilometer på land i Nord-Amerika. I Norge har vi 150 kilometer CO₂-rørledning på havbunnen fra Melkøya utenfor Hammerfest og ut til Snøhvit-feltet.

Å transportere CO₂ er helt trygt dersom alle rørledningene er laget for nettopp CO_2-transport.

For å finne ut hva som skal til for at det er trygt, har SINTEF utviklet en avansert simuleringsmodell som kan forutsi om en sprekk eller en skade på et CO₂-transportrør kan utvikles til et brudd. Simuleringsverktøyet viser hvordan rørene selv kan hindre sprekkdannelser i å vokse – uten at rørveggene må gjøres unødvendig tykke eller at andre risikoreduserende og fordyrende tiltak må til.

Forsøk i SINTEFs laboratorium for CO₂-fangst i Trondheim. Foto: Thor Nielsen VIS MER

Å øke veggtykkelsen i rørene for å sikre mot brudd, er nemlig en kostbar strategi. For en 50 mil lang rørledning med 36 tommers diameter, vil det gi 250 millioner kroner i merkostnad å øke veggtykkelsen med tre millimeter, gitt dagens stålpriser.

Norsk oljeindustri har mange tiårs erfaring med rørdesign og sikkerhetsvurderinger knyttet til rørtransport av naturgass. CO₂ har imidlertid andre egenskaper enn naturgass:

I motsetning til naturgass koker CO₂ når trykket avtar. Opptil ti ganger mer energi frigjøres dersom det går hull på et CO₂-rør, sammenlignet med hva som skjer ved lekkasjer i en naturgassledning.

Nylig har SINTEF brukt simuleringsmodellen til å utarbeide anslag for prosjektet Northern Lights. Dette prosjektet ledes av Equinor med Shell og Total som partnere, og tar seg av transport- og lagringsdelen av Norges demo-prosjekt for fullskala CO₂-håndtering.

Hvordan vet vi at lagring av CO₂ i undergrunnen er trygt?

Til dags dato tyder all forskning og erfaring på at lagring av CO₂ i undergrunnen kan gjøres på en sikker måte, dersom vi velger ut de riktige områdene for lagring.

Et godt eksempel er Equinors pilotprosjekt ved Sleipner, der 1 million tonn CO₂ per år er blitt injisert i porøs sandstein under tettere lag av leire nesten 1000 m under havbunnen. Dette har pågått siden 1996.

SINTEF forsker på mange temaer koblede til sikker, men også kostnadseffektiv lagring.

Ett eksempel er det SINTEF-koordinerte Pre-ACT-prosjektet som finansieres av blant andre EU, Norges Forskningsråd, Equinor, Shell og Total:

I prosjektet har forskere tilgang på overvåkingsdata fra viktige demonstrasjonsanlegg for CO₂-lagring. Dataene skal brukes til å kalibrere og demonstrere verdien av de utviklede metodene og til å utvikle anbefalinger.

Anbefalingene utvikles som verktøy for operasjonelle beslutninger basert på informasjon om poretrykk i lagringsreservoaret. Dette skal hjelpe operatørene med å maksimere sikkerheten – og lagringskapasiteten, på en kostnadseffektiv måte. Systemet skal også brukes til å overvåke reservoarene.

I tillegg bruker Pre-ACT en stor felt-laboratorium for CO₂-lagring: Svelvik CO₂ Field Lab.

Feltlaben ligger i et sandtak ved Svelvik, nært Drammen, og ledes av SINTEF. Laben består av en injeksjonsbrønn og fire overvåkingsbrønner, alle instrumentert for å måle det som skjer i selve brønnene og området mellom brønnene. Dette gir forskerne enda flere og unike data.

I tillegg gir dette felt-laboratoriet unike muligheter for uttesting av nye metoder og utstyr, som for eksempel fiberoptiske sensorer for CO₂-overvåking.

Kilder og bidragsytere til artikkelen: 

Nils A. Røkke, SINTEFs direktør for bærekraft og leder av EERA, European Energy Research Alliance
Olav Bolland, dekan ved Fakultet for ingeniørvitenskap og professor i termisk kraftproduksjon, NTNU
Svend Tollak Munkejord, sjefforsker i SINTEF Energi
Peder Eliasson, seniorforsker i SINTEF Industri
Ane Lothe, seniorforsker i SINTEF Industri
Mona Jacobsen Mølnvik, forskningsdirektør i SINTEF Energi
Alv-Arne Grimstad, seniorforsker i SINTEF Industri

Erik Lindeberg, tidligerer sjefforsker i SINTEF Industri
Aslak Einbu, seniorforsker i SINTEF Industri
Karl Anders Hoff, seniorforsker SINTEF Industri
Maria Kristina Kollberg Thomassen, forskningssjef i SINTEF Community