Til hovedinnhold

Dette må du vite om CO2-fangst og -lagring

Hvorfor er det så mye snakk om å lagre CO₂ i undergrunnen? Koster det ikke mer enn det smaker? Her forteller forskere hvorfor vi er helt avhengige av teknologien som kan fange og lagre CO₂. Og ja, det kan gjøres på en trygg måte.
Norge har verdens største testanlegg for CO₂-fangstteknologi. Dette ligger på Mongstad (bildet).  I likhet med andre teknologier som er dyre i starten, har CO2-fangst blitt mer effektiv og dermed rimeligere. Foto: MariusLTU/iStock
Norge har verdens største testanlegg for CO₂-fangstteknologi. Dette ligger på Mongstad (bildet). I likhet med andre teknologier som er dyre i starten, har CO2-fangst blitt mer effektiv og dermed rimeligere. Foto: MariusLTU/iStock

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.

Fakta:

  • I 2017 ble Trondheim CCS-hovedstad for Europa gjennom tildeling av "European Research Infrastructure Project" (ERIC) til CCS-laboratoriene ECCSEL. Dette var første gang et land utenfor EU fikk tildelt ERIC. Gjennom prosjektet vil 50 laboratorier i fem europeiske land, bli koordinert fra NTNU og SINTEF i Trondheim.
  • NTNU og SINTEF arbeider tett sammen om CCS forskning, blant annet i det nasjonale forskningssenteret NCCS. NCCS er et Forskningssenter for miljøvennlig energi (FME) som varer i 8 år, som er finansiert av Norges Forskningsråd og industripartnere.
  • NCCS forsker blant annet på hvordan Norge skal få realisert fullskalaprosjektet: Det norske fullskalaprosjektet skal etablere Europas første industrielle CCS prosjekt. For tiden jobber Hedelberg Cement i Brevik og Fortum Varme i Oslo for å se hvordan man kan fange CO2 fra respektive sementproduksjon og avfall.
  • Equinor, Shell og Total skal så se på hvordan man kan utvikle "open access" infrastruktur for transport og lagring av CO2-en. 
  • Sommeren 2019 arrangerte NCCS-senteret en internasjonal forskningskonferanse: TCCS-10 sammen med NTNU og SINTEF.

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

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

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.

SINTEFs beregninger for CCS er basert på disse premissene:

  • 600 kullkraftverk med CCS etableres hvert år i en tiårsperiode, og CO2-en fra disse lagres i undergrunnen 
  • Hvert renseanlegg har en årlig kapasitet på en million tonn CO
  • Total kostnad for fangst, transport og lagring: 851 kroner pr. tonn
  • Investeringskostnader: 304 milliarder kroner per anlegg
  • Kapitalkostnader: 7 prosent av investeringskostnadene
  • Drift- og vedlikeholdskostnader: 5 prosent av investeringskostnadene
  • Transport og lagringskostnader: 230 kroner pr. tonn CO2
  • Kostnader for tapt energi: 283 kroner pr. tonn CO2

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.

Så mye kan vi slippe ut – og dette koster det oss globalt:

For å nå 1,5 gradersmålet i Parisavtalen kan vi ikke slippe ut mer enn 420 gigatonn CO₂ etter 2018.

Til sammenlikning tilsvarer kull, olje- og gassreservene våre over ti ganger så mye: 4400 gigatonn CO2.  Av dette kommer 1300 gigatonn fra olje og gass.

Det finnes 5200 kilder med utslipp på over en million tonn CO₂ per år. Alle disse er kandidater for CO₂-rensing.

Dersom det bygges renseanlegg for de mest egnede kildene (sement- og metallproduksjon) som tar opp seks gigatonn i ti år, vil de årlige kostnadene bli på 5000 milliarder kroner. Dette tilsvarer ca. 3,5 norske statsbudsjett – eller 31 prosent av verdens samlede millitærutgifter i 2018.

Fordelt på alle verdens innbyggere er dette 650 kroner i året i snitt: I land med store utslipp per innbygger, som Norge og USA vil denne kostnaden bli større. Mens i land med lave utslipp som India, Indonesia og Filippinene, vil beløpet bli mye lavere.  

Hvordan fungerer CCS i praksis?

Vi har i hovedsak to kategorier CCS:

Den første er å fange og lagre CO 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.

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 CO2-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

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.

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 CO2-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.

Mann med blå hjelm ser opp langs stålrør som stiger mange etasjer over ham.

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

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

Publisert 10. oktober 2019
av Christina Benjaminsen for Gemini.no