Modellering av gasslagring

Hva kan vi hjelpe deg med?

Underjordisk gasslagring kan balansere variasjoner i produksjon og forbruk og gi reservekapasitet i energisystemet. For hydrogen er det særlig viktig å forstå hvordan gassen beveger seg, løses i formasjonsvannet og påvirkes av andre gasser og mikrobiell aktivitet. Disse prosessene har betydning for både mengden og renheten av gassen som kan produseres tilbake.

Vi samarbeider med industripartnere og forskningsmiljøer om å:

• Simulere injeksjon, lagring og uttak av hydrogen i porøse formasjoner.
• Beskrive fasefordeling og væskeegenskaper ved ulike trykk, temperaturer og saltkonsentrasjoner.
• Undersøke hvordan injeksjons- og uttaksrater og varigheten av lagringssyklusene påvirker resultatene.
• Modellere mikrobiell omsetning av hydrogen og endringer i gassammensetning.
• Gjennomføre sensitivitetsanalyser og utvikle simuleringsverktøy tilpasset konkrete lagringsspørsmål.

Ta kontakt med vår forskningsgruppe for Anvendt beregningsvitenskap for å diskutere et lagringsscenario, en modelleringsutfordring eller behov for nye simuleringsverktøy.

Hydrogen, formasjonsvann og fasefordeling

Hydrogenets tetthet og løselighet i formasjonsvannet påvirker hvordan det fordeler seg og transporteres i reservoaret. Modellene må derfor beskrive sammenhengen mellom trykk, temperatur, salinitet og gassammensetning på en konsistent måte.

Vi utvikler og anvender termodynamiske modeller for hydrogen og saltholdig vann. Resultatene brukes blant annet til å lage tabeller for trykk-, volum- og temperaturegenskaper (PVT), slik at faseoppførselen kan inngå i effektive strømningssimuleringer. Vi arbeider både med forenklede beskrivelser av faseoppførsel og med komposisjonelle modeller som følger flere kjemiske komponenter i gass- og vannfasen.

Arbeidet omfatter særlig lagring i saltholdige akviferer. Vi bidrar også til tverrfaglige studier av hydrogenlagring i nedstengte olje- og gassreservoarer.

Mikrobiell aktivitet og tap av hydrogen

Mikroorganismer kan forbruke hydrogen og endre sammensetningen av den lagrede gassen. Et eksempel er metanogenese, der hydrogen og karbondioksid omdannes til metan og vann:

4H₂ + CO₂ → CH₄ + 2H₂O

Vi kobler modeller for mikrobiell vekst og reaksjoner med komposisjonell flerfasestrømning. Dette gjør det mulig å undersøke hvordan tilgang på hydrogen og karbondioksid, transportprosesser og driftsbetingelser påvirker hydrogentap og gassrenhet. Modellene omfatter også molekylær diffusjon og effekter av mikrobiell tilstopping.

Sensitivitetsanalyser brukes til å undersøke hvilke forutsetninger og parametere som har størst betydning for resultatene. Slik kan simuleringene også bidra til å identifisere hvor bedre data og eksperimentelle undersøkelser er særlig nyttige.

Åpne simuleringsverktøy

En sentral del av arbeidet er utvikling av MATLAB Reservoir Simulation Toolbox (MRST). To moduler er spesielt rettet mot hydrogenlagring:

• h2store gir modeller for hydrogen og saltholdig vann, beregning og tabulering av PVT-data og simulering av lagring og uttak. Modulen omfatter blant annet Redlich–Kwong-tilstandsligningen, løselighetsdata fra ePC-SAFT og korrelasjoner basert på Henrys lov.
• H₂-biochem kobler komposisjonell strømning med mikrobiell vekst og metanogenese. Modellen omfatter vann, hydrogen, karbondioksid, metan og nitrogen og bruker en Søreide–Whitson-tilstandsligning tilpasset eksperimentelle data.

Åpen kildekode gjør modellene og de numeriske metodene tilgjengelige for innsyn, etterprøving og videreutvikling. Verktøyene kan tilpasses nye problemstillinger og brukes til å sammenligne betydningen av ulike fysiske og biokjemiske prosesser.

Forskningssamarbeid

Vi bidrar til HYDROGENi, et forskningssenter for miljøvennlig energi med vekt på hydrogen og ammoniakk. Samarbeid med eksperimentelle og geofaglige miljøer knytter modellutviklingen til spørsmål om lagringsegenskaper og praktisk bruk av hydrogen som energibærer.

Publikasjoner og videre lesning

• Ahmed mfl. (2025). Numerical Modeling and Sensitivity Analysis of Coupled Hydro-Biogeochemical Processes in Underground Hydrogen Storage. Konferansebidrag, GdR HydroGEMM; arkivert i HAL.
• Ahmed mfl. (2025). Modeling and simulation of coupled biochemical and two-phase compositional flow in underground hydrogen storage. International Journal of Hydrogen Energy, 168, 150947.
• Masoudi mfl. (2025). Feasibility of Hydrogen Storage in Depleted Hydrocarbon Reservoirs in Norway. 86th EAGE Annual Conference & Exhibition, Workshop Programme.
• Ahmed, Møyner, Raynaud og Nilsen (2024). Phase behavior and black-oil simulations of Hydrogen storage in saline aquifers. Advances in Water Resources, 191, 104772.