Lyst til å vinne en kraftig solcellelader?

Svar på våre 7 enkle spørsmål her.

Karbonfangst og -lagring

10. oktober, 2017

Stor befolkningsvekst og høyere levestandard gjør at vi i fremtiden kommer til å trenge mer energi enn det vi gjør i dag. Allerede i dag kan det tenkes at omtrent en og en halv milliard mennesker står uten strømtilførsel. Dette gjør det urealistisk å tro at vi kan løsrive oss helt fra de fossile energikildene i løpet av de neste 50 årene. For å redusere CO2-utslipp må vi derfor utvikle teknologiske løsninger som bidrar til et redusert utslipp. Karbonfangst- og lagring er en slik løsning. Karbonfangst og lagring kalles ofte CCS etter det engelske navnet Carbon Capture and Storage.

Sammendrag

Når verdens energiforbruk øker, går også utslippet av CO2 opp. Derfor er karbonfangst en veldig aktuell miljøteknologi. Karbonfangst går ut på å fange opp CO2 før den slippes ut, komprimere den til væskeform og pumpe den ned i et reservoar. Et slikt reservoar må inneholde en reservoarbergart med en takbergart over og bør ligge dypere enn 800 meter under havflaten. Derfor er ikke alle steder egnet for lagring av CO2. Et eksempel på et reservoar som oppfyller disse kravene er tomme olje- og gassfelt, der boringen ned i reservoaret allerede er unnagjort og en har bred kunnskap om hvordan feltet ser ut. Etterhvert vil CO2-gassen løses opp i vann, krystalliseres, sette seg fast eller reagere med mineralene i reservoarbergarten. Når dette skjer vil CO2-gassen være fanget i reservoaret, men en tror at det vil ta rundt 10 000 år før det ikke er mer CO2-gass igjen.

 

Med bio-karbonfangst kan en også fjerne CO2 fra atmosfæren. Dette er vanskelig siden mesteparten av biomasse forbrennes i vanlige husholdninger og er derfor vanskelig å fange. Karbonfangst er en relativt ny teknologi, og blir kritisert fordi vi ikke vet hva som vil skje med CO2’en i framtiden. Den største bekymringen handler om lekkasje av CO2, men den generelle oppfatningen i forskermiljøet er at karbonfangst er relativt trygt. Det krever bare nøye og god utredning av områdene vi skal utnytte. Siden karbonfangst er en såpass ny teknologi, har vi ikke sett en betydelig utbygging enda, men Norge har store ambisjoner om å få det til innen 2022.

 

(Denne filmen er vist med tillatelse fra ZEP – zero emissions platform)

Prosessen

Man deler gjerne karbonlagring inn i fire faser. Den første er selve karbonfangsten. Her skilles COfra resten av utslippsgassene på forbrenningsanlegget. I den andre fasen komprimeres CO2 til væskeform. Videre i fase tre, fraktes den komprimerte CO2-gassen dit den skal lagres. Den fjerde fasen er lagring. Her pumpes CO2 ned under jorda i såkalte reservoarer. Et eksempel kan være tomme oljereservoarer.

 

Fase 1 

Vi har tre teknologier for å fange CO2 før den slippes ut i atmosfæren:

  • Etterrensing av eksosgass
  • Utskilling av CO2 før forbrenning
  • Forbrenning ved bruk av eksakt mengde oksygen

I den første teknologien trekkes CO2 ut av eksosgass gjennom kjemisk rensing.  Det vil si at man bruker kjemiske stoffer som absorberer CO2. Ved å varme opp de kjemiske stoffene, vil en frigjøre CO2, slik at den lar seg fange. Denne metoden gjør det mulig å fange ca. 80 – 90 % av all CO2 som befinner seg i eksosgass.

 

Utskilling av CO2 før forbrenning går ut på å separere CO2 fra brenselet før selve kraftproduksjonen starter. I grove trekk kan vi si at man ved hjelp av kjemiske prosesser ender opp med CO2 og hydrogen. Denne metoden benyttes i dag, hvorav den resterende hydrogengassen brukes til forbrenning. Anleggene som brukes her er mye mindre enn anleggene som brukes ved etterrensing av eksosgass, noe som er en fordel når det kommer til plassering og kostnader. I dag kan vi fange omtrent 90 % av all CO2, som ellers ville blitt sluppet ut. Du kan lese mer inngående om utskillingen på Bellona (bellona.no).

 

Forbrenning med bruk av eksakt mengde oksygen bruker rent oksygen, som er separert fra luft, i forbrenningen. Eksosen vil da kun bestå av CO2 og vanndamp. Da er det lett å skille ut CO2-gassen. Når vi kjøler gassen vil vanndampen gå over til vann og den resterende gassen vil være ren CO2-gass. Dermed kan 100 % av CO-gassen skilles og fanges.

 

Fase 2 

Etter å ha fanget CO2-gassen, må den komprimeres. Dette gjøres ved å sette CO2-gassen under stort trykk. Vi får da en tyktflytende væske. væske tar mye mindre plass en gass, fordi molekylene sitter tettere sammen. Komprimering gjør at CO2 blir enklere å transportere.

 

Fase 3 

CO2-gassen er nå fanget å komprimert. Neste skritt er å frakte den til lagringslokasjonen. Litt avhengig av distanse gjøres dette ved bruk av rørledninger, eller ved bruk av tankskip.

 

Fase 4 

For å finne passende reservoarer for lagring av CO2, må man ta hensyn til en rekke faktorer. Det må først og fremst være en reservoarbergart tilstede. Disse kjennetegnes ved at de er porøse og permeable. Noe som vil si at det er nok hulrom i steinen til at vann og saltvann kan trekke inn, og at væske flyter lett mellom porene i steinen. Porøsitet og permeabilitet er essensielle egenskaper for at man skal kunne lagre CO2 i steinen. Reservoarbergarten kan ikke operere alene, man trenger også en takbergart over denne. Takbergarten bør helst være kuppelformet, slik at den fungerer som en felle hvis CO2-gassen prøver å bevege seg opp mot overflaten. Dybden til et reservoar er også essensiell. Et reservoar bør ligge dypere enn 800 meter under havet. På den måten vil trykket og temperaturen være høy nok til å opprettholde CO2-gass i flytende form. Reservoarets lagringskapasitet må også beregnes. For mye CO2 kan øke sjansen for lekkasjer.

 

Oppsummert er man avhengig av:

  • Tilstrekkelig porøsitet, permeabilitet og lagringskapasitet
  • En takbergart formet som en «felle»
  • Et reservoar som ligger dypere enn 800 meter under havet.

 

Realistisk sett, kan man lagre CO2-gass i tre forskjellige typer reservoarer.

  • Tomme olje- og gassfelt
  • Vannholdige lag med saltvann
  • Dype, ikke-utvinnbare kullforekomster

 

Tomme olje- og gassfelt er kanskje det mest åpenbare alternativet. Man sender CO2-gassen tilbake dit man hentet den opp fra. Reservoarene har allerede bevist at de klarer å holde på olje og gass i flere millioner år, hvorfor skulle de ikke da klare å bevare CO2 på samme måte?  Andre fordeler er at boringen er unnagjort og man har bred kunnskap om stedet.

 

Vannholdige lag med saltvann har de samme egenskapene som tomme olje- og gassfelt. Forskjellen er at det aldri har vært olje eller gass der. Trolig vil disse reservoarene ha større lagringskapasitet enn tomme olje- og gassfelt. Ulempen er at slike reservoarer er mer eller mindre ukjente. Man vet ikke sikkert hvor de ligger og hvor stor lagringskapasitet de har, fordi man ikke har boret etter slike før.

 

Dype ikke-utvinnbare kullforekomster kan være et alternativ for fremtiden, men det er foreløpig ukjent hvordan man skal injisere CO2 i slike lagre.

Get Adobe Flash player

Hvordan lagres den?

CO2 blir sprøytet inn i såkalte reservoarbergarter. De vanligste reservoarbergartene er sandstein og kalkstein, her flyter væsken enkelt gjennom porene i steinen. Videre har vi noe som kalles en Takbergart, det er denne bergarten som holder CO2 på plass i første omgang. Skifer er en vanlig takbergart. Flytende CO2 er lettere enn vann, og vil dermed stige oppover. Takbergarten, som ligger over reservoarbergarten, er ikke porøs men helt tett. CO2 slipper ikke igjennom, men sprer seg utover i reservoaret.

Hva skjer med CO2 der den lagres?

Det ligger ofte ferskvann eller saltvann inne i porene til reservoarbergarten allerede før CO2 sprøytes inn. Noe av CO2 -gassen løser seg opp i vannet og lagres der. Vann med oppløst CO2 kan sammenlignes med farris. Farris er faktisk en liten smule tyngre enn vanlig vann, det er også vann med oppløst CO2.  Dette vannet vil synke til bunns og aldri mer komme opp igjen med mindre vi gjør en innsats for det. Litt av oppløsningen krystalliseres, det omdannes til fast stoff. Også her kreves en fysisk innsats for å få CO2 innholdet tilbake til overflaten.Vannet holder godt på CO2-et sitt. Noen få prosent CO2 lagres også ved at den snirkler seg inn i porer som er så trange at den ikke slipper ut igjen. Det kan også mineraliseres: CO2 reagerer med mineralene i reservoarbergarten og blir en del av bergartens oppbygning. Disse prosessene tar tid, men desto mer tidkrevende prosessen er, desto tryggere ligger CO2 i reservoaret. Man tror at etter 10 000 år vil 95 % av CO2 være oppløst i vann og 5% vil være mineralisert. Det vil ikke være noe ren CO2 igjen, og man trenger ikke å være redd for lekkasjer.

 

Hvorfor er karbonlagring viktig og nyttig?

Energibehovet er stadig økende og vi vil til en viss grad være avhengige av fossile brennstoff i mange år fremover. Karbonfangst og lagring kan fungere som en overgangsløsning i avvente av den tiden da all energi kan komme fra fornybare energikilder. Dessuten er det ikke bare energisektoren som slipper ut CO2, det gjør også industrien. Det er fysisk umulig å fremstille mange av dagens metaller uten bruk av kull, og dermed også slippe ut CO2. Slik vil det nok også være i framtiden. For å lage ett tonn silisium, som er essensielt i solceller, slipper man ut fire tonn CO2. Dette er ett av argumentene for at karbonlagring skal bli en varig teknologi for deler av industri-sektoren. Effekten av lagring er større i denne sektoren, fordi gassen som dannes her har større karboninnhold enn eksosgassen fra kraftverk. I følge IEAs blå-scenario kan karbonlagring stå for 20 % av den CO2-reduksjonen vi trenger til 2050. Halvparten fra kraftverk og halvparten fra industri.

 

Karbonfangst og lagring er en gyllen mulighet for mange av dagens «ulønnsomme» oljereservoarer. Ved å sprøyte CO2  inn i reservoarene kan man få ut opp til 25 % mer olje fra reservoaret. Slik vil det lønne seg for oljeselskaper å investere i karbonfangst- og lagringsteknologi på anleggene sine.

Er det trygt?

Forskere ville ikke hatt så stor tro på karbonlagring hvis de mente sjansen for lekkasje var stor. Når man lagrer CO2 under bakken, brukes de samme prinsippene som når olje og gass har vært lagret der i millioner av år. Ved å studere reservoarer hvor oljen har vært lagret naturlig, kan man få mye informasjon om hvordan man bør lagre CO2. I et vanlig reservoar antar man at 99,9 % av CO2 fortsatt vil være trygt lagret i reservoaret etter flere tusen år. CO2 ligger som sagt tryggere desto lengre lagringstiden blir. Dette kommer av at den over lengre tid vil reagere med mineraler, slik at det dannes fast stein. Der ligger den ihvertfall trygt.

 

Mange trekker fram at jordskjelv kan føre til lekkasjer av lagret CO2. Dette er selvfølgelig sant. Blir et CO2-reservoar rammet av et sterkt jordskjelv vil mye gass trolig slippe ut. Dermed må lagringsplass velges med omhu. Jordskjelv er ikke noe nytt fenomen og det fins gode kartlegginger for utsatte områder. Det ville vært dumt å lagre CO2 i nærheten av slike områder. Andre argumenterer med at vi har for lite informasjon om hvordan CO2 oppfører seg i reservoarene over lengre tid. De mener teknologien er «for ny».

 

Man begynte å lagre CO2 på Sleipner-feltet i Nordsjøen i 1996, hittil har det ikke vært noen lekkasjer. Likevel kan ingen garantere at det helt sikkert ikke skjer lekkasjer i fremtiden. Dagens utregninger er tross alt bare beregninger for hva som sannsynligvis kommer til å skje. For noen er dette er grunn nok til å unngå storskala utbygging. Det har vært en del uenighet om hvor trygt karbonlagring faktisk er. Den generelle oppfatningen i forskermiljøet er at det er relativt trygt og at man ikke kan forkaste teknologien bare fordi det det enda ikke er bevist at det aldri vil forekomme en lekkasje.

 

Her kan man lese mer om kritikk av sikkerheten rundt og effekten av karbonfangst- og lagring:

Her er motsvaret fra Zero: Sikker COlagring

Bio-karbonfangst og -lagring

En annen måte å utnytte karbonfangst- og lagring på er å fange CO2 fra forbrenning av biomasse. På denne måten vil man ikke bare hindre CO2 fra å slippe ut i atmosfæren, man vil faktisk fjerne CO2 fra atmosfæren. Plantene tar opp karbondioksid gjennom fotosyntesen. Dersom vi fanger denne, og lagrer den under bakken før den slippes ut i atmosfæren når planten råtner, får man et negativt CO2-utslipp, noe som vil ha positiv innvirkning på miljøet. Dessverre er dette veldig dyrt, og CCS går ut over virkningsgraden til kraftverket.

 

Problemet ligger i at det meste av biomassen forbrennes hjemme hos folk, ved oppvarming og matlaging. Det er ingen god idé å bygge store og dyre karbonfangstanlegg på hver huspipe. Biomasse er lite brukt i form av brennstoff hos industri og kraftverk. Unntaket er beliggenheter som Skandinavia, Brasil og Australia, hvor man har mye skog.

 

Hvordan vi kan bruke bio-karbonfangst og lagring:

  • Bygge rørledninger som samler CO2 fra flere små områder og anlegg.
  • Fyre med både biomasse og fossile brensler sammen i kraftverk eller i industri-ovner, for så å fange CO2 -gassen og lagre den.
  • Bygge større kraftverk med biomasse som energikilde, slik at det blir enkelt å fange store mengder CO2.

 

Et annet problem er at biomasse som energikilde kun er fornybar til en viss grad. Hogger man ned for mange trær uten å ta hensyn til gjenvekst, kan man oppleve at store områder blir tomme for trær slik som i regnskogene i Sør-Amerika.

 

Du kan lese mer om biomasse som energikilde her.

Prosjekter i dag

Det finnes rundt 20 fullskala karbonfangst- og -lagringsprosjekter i verden i dag. De fleste er i USA der de bruker CO2-gassen som trykkstøtte i oljefelt for å få ut mer olje. Norge har to av prosjektene som verden ser til, og Statoil er operatør for begge. Sleipner-feltet i Nordsjøen er et av disse.  Her er det  lagret ca. 1 million tonn CO2 hvert år siden 1996. I det store bildet er ikke dette særlig mye CO2, og det har ikke veldig stor effekt på miljøet, men det var det første store anlegget med karbonfangst og -lagring i Norge. Erfaringene herfra har vært, og vil være svært viktige i nye og større prosjekter. Statoil gjør data tilgjengelig for verdens forskere, noe som øker kunnskapen om og erfaringen fra CO2-lagring i geologiske formasjoner.   

 

På Snøhvit-feltet er det andre karbonfangstprosjektet på norsk sokkel i dag. En brønn for karbonlagring ble tatt i bruk i 2008 for å gjøre den flytende naturgassen som produseres på Snøhvit-feltet mer miljøvennlig.

 

Du har kanskje hørt om den mye omtalte «månelandingen på Mongstad»? Dette er et begrep som ble brukt av statsminister Jens Stoltenberg under nyttårstalen i 2007. Han beskrev planene om karbonfangst- og lagring på gasskraftverket på Mongstad som «Norges månelanding». Det som skilte prosjektet på Mongstad fra de på Sleipner og Snøhvit, var at dette skulle være karbonfangst fra energiproduksjon. Planen var at man skulle fange og lagre CO2 fra 2014 og utover, men i 2013 ble karbonfangst-prosjektet på kraftverket avsluttet, siden det viste seg å være vanskeligere og dyrere enn man først trodde. Tidlig i 2017 annonserte Statoil at gasskraftverket på Mongstad skal stenges ned i 2018, fordi det ikke lenger er lønnsomt å drive.

 

FNs klimapanel og IEA (det internasjonale energibyrå) sier at karbonfangst- og lagring må tas i bruk på verdens store punktutslipp i både energisektoren og industrien. Verden trenger derfor flere typer fullskala prosjekter for å rekke å få fram kostnadseffektive løsninger slik at man kan nå klimamålene. Norge er en ledende nasjon på Karbonfangst- og lagring og har ambisjoner om å realisere et fullskala anlegg i 2022. Gassnova SF er statens foretak for CO2-håndtering og er ansvarlig for å følge opp dette fullskala prosjektet.

 

Statoil har fått i oppdrag å vurdere utbyggingen av et CO2-lager på Smeaheia på norsk sokkel. Dette vil være verdens første lager bygd for å ta i mot CO2 fra flere forskjellige industrier. Klemetsrudanlegget, som jobber med energiproduksjon fra avfall, Norcem, produsent av sement, og Yara, produsent av gjødsel, er noen industrier som vurderer CO2-fangst i sine anlegg.  De tre industrianleggene, alle på Østlandet, leverer CO2 til en kai, hvor staten overtar ansvaret for transport og lagring. Transporten vil gå med skip til et CO2-mellomlager på Vestlandet. Der vil CO2 bli sendt med rør ned i reservoarer 2000 meter under havoverflaten.

 

Her kan du lese mer om Statoils nåværende og planlagte prosjekter.

Hvorfor er ikke karbonfangst- og lagring mer utbredt?

Det finnes noen små anlegg, men det er ikke særlig utbredt. Hvorfor er det slik? Mange mener det er for kostbart å bygge store karbonfangstanlegg sammenlignet med å investere i andre fornybare energikilder. I følge Tore Torp, rådgiver om CO2-lagring ved Statoil, kommer dette an på hvordan man ser det. Ser en på hvor mye strøm en vindmølle eller en solcelle faktisk produserer i løpet av året, må man ha ganske mange slike før man får like mye strøm som i et kullkraftverk med CCS. Ser du slik på det blir CCS i lengden omtrent like dyrt som solceller og vindmøller. Problemet ligger mer rundt den store engangsutgiften. Å bygge et karbonfangstanlegg medfører en veldig stor engangsutgift for bedriftene, noe som kan skremme dem fra å gjøre investeringen.

 

Et annet aspekt er nok også skepsis rundt teknologien. Ikke alle er overbevist om at CO2 vil holde seg under jorda i mange tusen år. Selv om skepsisen ikke er så stor i forskermiljøene, er den vanlige mann i gata veldig skeptisk til CCS. Vårt samfunn er som kjent et demokrati, og når folket viser til skepsis blir det ofte vanskelig å gjennomføre.

 

Torp  påpeker også at det alltid vil ta litt tid fra teknologien er på plass til myndighetene tar avgjørelser, og enda lengre tid fra myndighetene tar avgjørelsen til man faktisk får bygget store anlegg. Ting tar rett og slett tid, men i følge Torp vil vi innen 2020 se storskala utbygging av CCS.

 

 

Kilder Nyttige lenker
Bruk som kilde
Denne artikkelen skrevet av UngEnergi er lisensiert under en Creative Commons Navngivelse-Ikkekommersiell-DelPåSammeVilkår 3.0 Norge Lisens.
UngEnergi.no benytter informasjonskapsler for å gjøre brukeropplevelsen bedre Lukk Les mer
En porøs bergart som fungerer som et lager.
Innenfor geologien er dette et begrep for hvor gjennomtrengelig et materiale er. Ofte snakker man om permeable bergarter. En permeabel bergart er porøs slik at vann lett renner gjennom.