Lyst til å vinne en kraftig solcellelader?

Svar på våre 7 enkle spørsmål her.

Karbonfangst og -lagring

25. oktober, 2016

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

Med befolkningsvekst og økt levestandard er energibehovet stadig økende og vi vil til en viss grad være avhengige av fossile brennstoff i mange år fremover. Karbonfangst og lagring, ofte kalt CCS, kan fungere som en overgangsløsning i avvente av den tiden da all energi kan komme fra fornybare energikilder. Det er 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. Dette er ett av argumentene for at karbonlagring skal bli en varig teknologi for deler av industri-sektoren.

 

Man deler karbonlagring inn i fire faser. Den første er selve karbonfangsten. Her skilles CO2 fra resten av utslippsgassene på forbrenningsanlegget. Dette skjer enten ved etterrensing av eksosgass, utskilling av CO2 før forbrenning eller forbrenning ved bruk av eksakt mengde oksygen. I den andre fasen komprimeres CO2 til væskeform ved å sette gassen under stort trykk slik at den blir til en tyktflytende væske som er lettere å transportere. Videre i fase tre, fraktes den komprimerte CO2-gassen dit den skal lagres ved bruk av rørledninger eller tanksskip. Den fjerde fasen er lagring. CO2 pumpes ned under jorda i såkalte reservoarer som må ligge dypere enn 800 meter under havet. Her må det være en reservoarbergart og en takbergart tilstede, den første porøs slik at gassen kan lagres og den andre for å holde gassen på plass. Realistisk sett, kan man lagre CO2-gass i tre forskjellige typer reservoarer: tomme olje- og gassfelt, vannholdige lag med saltvann eller i dype, ikke-utvinnbare kullforekomster. De vanligste reservoarbergartene er sandstein og kalkstein, her flyter væsken enkelt gjennom porene i steinen. Videre er skifer en vanlig takbergart, det er denne bergarten som holder CO2 på plass i reservoaret.

 

Når CO2-gassen er pumpet ned i reservoaret vil noe av gassen reagere med vann som er der fra før, som da enten vil synke til bunns fordi vann og CO2 er litt tyngre enn bare vann eller blandingen vil krystalliseres og omdannens til fast stoff. Noe av gassen som ikke reagerer med vann vil snirkle seg inn i porer i reservoaret som er så trange at den ikke slipper ut. Og det siste av gassen vil reagere med mineralene i reservoarbergarten og bli en den av den, gassen mineraliseres. Dette er tidkrevende prosesser, men jo mer tidkrevende jo tryggere er gassen lagret. Man tror at 95 % av gassen vil bli oppløst i vann og 5 % vil bli mineralisert. Det vil ikke være noe ren CO2 igjen som kan lekke ut.

 

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. 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. 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. Statoil driver flere karbonfangst- og lagring-prosjekter bl.a. på Mongstad, i Barentshavet og i Sahara.

 

CCS er ikke særlig utbredt enda. Dette tror man kommer av at teknologien er så ny enda, det eksisterer enda litt skepsis og fordi en installering av et anlegg medfører en veldig stor engangsutgift for bedriftene. Det 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. Man tror at vi innen 2020 vil se storskala utbygging av CCS.

 

(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 hydrogen gassen brukes til forbrenning. Anleggene som brukes her er mye mindre  enn i anleggene ved etterrensing av eksosgass. Dette 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 tungere 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 en 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 CO. 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-karbonfangs- 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 (ungenergi.no).

Prosjekter i dag

Karbonfangst- og lagring er ikke vanlig i industrien og på kraftverk i dag. Teknologien brukes likevel enkelte steder som på  Sleipner-feltet i Nordsjøen. Her har man lagret ca. 1 million tonn CO2 hvert år siden 1996. I det store bildet er ikke dette særlig mye, og det har ikke særlig stor effekt på miljøet. Det er derimot det første store anlegget med karbonfangst- og lagring i Norge, og erfaringer herfra er viktige å ta med seg til nye og større prosjekt.

 

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 og på Sleipner var at dette skulle være karbonfangst- og lagring i full skala, man skulle fange mye mer CO2. Planen var å komme i gang allerede i 2014, men prosjektet  viste seg å være mye vanskeligere og dyrere en man først antok og ble derfor utsatt til 2018. Mange tror det også her venter en ny utsettelse.

 

Andre aktører innen karbonfangst og lagring er Statoil. De driver karbonfangst- og lagring på Snøhvit-feltet i Barentshavet, og er med på å injisere CO2 under ørkenen i Sahara.
Her kan du lese mer om Statoils nåværende og planlagte prosjekter (statoil.com).

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.