Karbonfangst og -lagring (CCS)

Vår ekspertise innen CO₂-lagringsmodellering

Siden tidlig 2000-tall har forskningsgruppen vår vært ledende i utviklingen av numeriske metoder og åpen kildekode-verktøy for modellering av CO₂-lagring. Vi utvikler modeller som kombinerer høy nøyaktighet med effektiv beregning, for å simulere langtids migrasjon av CO₂, fangstmekanismer, trykkoppbygging og deformasjon av bergarten.  Dette arbeidet bygger på avanserte matematiske formuleringer, robuste diskretiseringsmetoder og praktiske løsningsstrategier.

Vi støtter hele modelleringskjeden – fra idéutvikling og raske prototyping til storskala, industrielle anvendelser i faktiske prosjekter. Arbeidet vårt kombinerer solid kunnskap innen anvendt matematikk, numerisk analyse og undergrunnsfysikk. (Grunnleggende prinsipper for CO₂-modellering beskriver vi på en egen side).

MRST-co2lab: Spesialiserte verktøy for CO₂-lagring

Vi vedlikeholder og videreutvikler MRST-co2lab, en mye brukt åpen kildekode-modul til MATLAB Reservoir Simulation Toolbox (MRST). Dette verktøyet er laget for å studere CO₂-lagring over store romlige og tidsskalaer, og tilbyr et bredt spekter av funksjoner, inkludert:

• Vertikal-likevektsløsere for rask, storskala prediksjon av CO₂-plumens utvikling
• Analyse av strukturelle feller og identifisering av spillpunkter
• Verktøy for modellering av innløsning, residuell og strukturell innfanging
• Interaktive verktøy for visualisering og analyse
• Full tilgang til kildekoden for fleksibilitet og videreutvikling

MRST-co2lab fungerer både som forskningsrammeverk og  undervisningsverktøy og har blitt brukt i akademiske, industrielle og regulatoriske sammenhenger for å studere langtids lagringskapasitet, usikkerhet og risiko.

Noen av verktøyene fra MRST-co2lab er senere blitt publisert av MathWorks som MATLAB Carbon Sequestration Model. MRST tilbyr også konvensjonelle simuleringsverktøy basert på 3D black-oil eller komposisjonelle modeller. Disse kan kombineres med flerlags vertikal-likevektsmodeller i hybrid-ve-modulen.

Geomekanikk for lagringsintegritet

Geomekanikk er en kritisk faktor for sikker og pålitelig CO₂-lagring, særlig når man vurderer integritet av takbergart, reaktivering av forkastninger eller trykkoppbygging i reservoaret. Vi har utviklet og anvendt koblede strømnings– og geomekaniske modeller for å simulere hvordan injeksjon påvirker spenninger og deformasjon i undergrunnen. Dette inkluderer både fullt koblede metoder (f.eks. virtuelle element- eller finite-volume-metoder) og forenklede tilnærminger som gjør det mulig å screene storskala scenarier på en effektiv måte.

Arbeidet vårt spenner fra utvikling av diskretiseringsmetoder og løsningsalgoritmer til anvendelser på realistiske feltdata – ofte i samarbeid med nasjonale og internasjonale partnere. Dette gjør oss i stand til å analysere hvordan trykkendringer under injeksjon påvirker mekanisk stabilitet og lagringsevne.

Detaljerte 3D-simuleringer med OPM Flow og JutulDarcy

For høyoppløselig 3D-strømningsmodellering benytter vi også de åpne simulatorene OPM Flow og JutulDarcy:

• OPM Flow er en industriell black-oil-simulator med en egen CO2STOR-modus utviklet for CO₂-lagring. Simulatoren ble, for eksempel, brukt til å levere den høyest oppløste simuleringen i et internasjonalt sammenligningstudiume (11th SPE Comparative Solution Project), med simuleringer på over 100 millioner gridceller.
• JutulDarcy er en høyytelses, fullt deriverbar simulator med støtte for både komposisjonelle og black-oil-modeller. Som MRST tilbyr den konsistente diskretiseringer og adaptive grid, men med langt bedre ytelse, noe som gjør den godt egnet til avanserte arbeidsflyter.

Begge simulatorene distribueres som åpen kildekode – GPL v3 for OPM Flow og MIT for JutulDarcy – uten lisenskostnader. Dermed egner de seg svært godt til storskalasimuleringer i skyen, for eksempel innen usikkerhetsanalyse, historietilpasning og optimalisering. Åpen og transparent kildekode sikrer også reproduserbarhet, skalerbarhet og videreutvikling i både forskning og industri.

Åpne data og fellestester

Vi er sterke pådrivere for åpen vitenskap innen CO₂-lagring. Gruppen vår har utviklet nøkkelinfrastruktur for CO2DataShare-portalen og hatt en ledende rolle i 11th SPE Comparative Solution Project – som arrangører, fagfeller med tidlig tilgang, bidragsytere av simuleringsresultater (gjennom OPM- og SINTEF-teamene) og utviklere av SPE11-at-a-glance-portalen. Vi har også publisert Johansen-datasettet, bidratt til å revidere forståelsen av det opprinnelige Sleipner-benchmarkmodellen, og utvidet MRST-co2lab for å gi tilgang til data fra den norske CO₂-atlasen. Slike initiativer fremmer åpenhet, reproduserbarhet og samarbeid gjennom delte data og felles benchmark-tester.

Anvendelser og betydning

Våre numeriske modeller og programvare brukes til:

• Å estimere lagringskapasitet og migrasjon av den injiserte CO₂ plumen i reelle formasjoner, inkludert anvendelser på en rekke åpne datasett
• Å designe injeksjonsstrategier og forutsi langtids lagringskapasitet
• Å vurdere integritet til forkastininger og takbergart gjennom koblede simuleringer
• Å støtte screening, rangering og risikovurdering på tvers av lokaliteter
• Å muliggjøre usikkerhetsanalyser gjennom storskala modellensembler

Vår programvare har bidratt til nasjonale og internasjonale forskningsprosjekter og brukes jevnlig i offentlige rapporter, vitenskapelige publikasjoner og industristudier.

Vår ekspertise innen CO₂-fangstmodellering

Vi har nylig utvidet modelleringsarbeidet vårt til også å omfatte simulering av karbonfangst, inkludert direkte luftfangst og adsorpsjonsbaserte teknologier. Adsorpsjon er lovende fordi det kan gi lavere kostnader for utstyr og sorbenter, samt redusert energiforbruk ved regenerering, sammenlignet med mer konvensjonelle metoder. Samtidig er det krevende å skalere opp til industrinivå, og pålitelig, fleksibel simulering er nødvendig for å utvikle og optimalisere slike prosesser.

For dette har vi utviklet MoCCa (MOdelling for Carbon Capture), et rammeverk  for simulering og optimalisering av adsorpsjonsprosesser, basert på åpen kildekode-ramme og skrevet i Julia-programmeringsspråket. MoCCa gir en rask og fleksibel plattform for simulering og prosessoptimalisering, bygget på våre egne Julia-pakker, Jutul.jl og JutulDarcy.jl, som støtter fullt implisitte, ikke-lineære løsere og strømning i porøse medier. Vi forbereder nå en offentlig lansering av MoCCa, som vil bli fritt tilgjengelig via GitHub og Julias pakkesystem slik at det enkelt kan installeres og kombineres med andre Julia-verktøy for automatisk derivasjon, optimalisering og visualisering.

Vi leder også arbeidspakke 1.3 om hybrid-KI for karbonfangst i Capture Mission Area i det norske gigaCCS-senteret, et nasjonalt forskningssenter som skal akselerere innovasjon langs hele CCS-verdikjeden. Målet er å forbedre eksisterende modeller for simulering og optimalisering slik at man raskere kan designe, integrere og drifte fangstanlegg. Ved å kombinere fysikkbaserte prosessmodeller med datadrevne og KI-støttede komponenter, ønsker vi å bidra til en raskere utrulling av fangstteknologi og skalering fra laboratoriet til industriell bruk.

Samarbeid og kontakt

Vi jobber tett med industrielle og akademiske partnere for å flytte grensene for modellering av CCS prosesser. Gruppen bidrar i fellesprosjekter, utvikling av åpne verktøy og tverrsektorielle innovasjonsinitiativ. Ikke nøl med å ta kontakt hvis du vil vite mer om forskningen vår eller ønsker å samarbeide med oss.