Multipliser det årlige klimagassutslippet fra oljelandet Norge med 100! Så mye CO2 må innen 2060 lagres i undergrunnen hvert år, om FNs klimamål skal nås, ifølge Det internasjonale energibyrået (IEA).
Til det trengs blant annet milevis av rør for frakt av CO2 – fra fangstanlegg og terminaler til lagrene. For at vi skal få til dette, må alle rørledningene være både sikre og kostnadseffektive.
Ved Sintef har vi utviklet et regneredskap som vil få CO2-rør til å innfri på begge områdene.
Verktøyet 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.
Les også: Nå blir det enklere å fange CO2 fra sementindustrien
Stanser brudd
Skulle et anker eller en gravemaskin ved et uhell slå hull på en slik rørledning, og røret ikke er designet på riktig måte, vil sprekken vokse raskt.
Som en hjelp til å forhindre dette, anslår beregningsprogrammet vårt – med forsvarlig sikkerhetsmargin – hvor grensen går mellom veggtykkelser og stålkvaliteter som på den ene siden stanser brudd, og som på den andre siden lar bruddet vokse.
Les også: Forskere lager drivstoff av CO2 og bakterier
Allerede i bruk
Nylig har vi brukt verktøyet til å utarbeide slike anslag for prosjektet Northern Lights.
Dette prosjektet, som ledes av Equinor og der også Shell og Total er partnere, tar seg av transport- og lagringsdelen av Norges demoprosjekt for fullskala CO2-håndtering.
Les også: Norske forskere bak iskald miljøteknologi
Viktig av to grunner
«Løpende» brudd i CO2-rør er uønsket grunnet to forhold: Mye energi vil frigjøres, noe som er farlig og kan skade omkringliggende infrastruktur, enten rørene ligger på land eller på havbunnen.
I tillegg kan CO2-utslipp på land gi forhøyet CO2-konsentrasjon i luften rundt utslippsstedet. Dette er en viktig grunn til at sikkerhet tillegges så stor vekt når landbaserte CO2-rør vurderes – slik det gjøres for transportrør for olje eller naturgass.
Les også: Fossil hjelp til grønt skifte
Dyrt å «ta i»
Norsk oljeindustri har mange tiårs erfaring med rørdesign og sikkerhetsvurderinger knyttet til rørtransport av naturgass. Uten problemer har bransjen også bygget og anlagt CO2-rørledninger på offshore-feltene Sleipner og Snøhvit.
Så hvorfor trengs nytt regneverktøy når alt har gått bra med disse CO2-rørene?
Svaret er at selv om sikkerhet går foran alt annet, så blir det dyrt å ta i for å være på den sikre siden, når verden trenger så mange rør som det IEAs anslag tilsier.
Les også: Vil fange CO2 med varmepumper
Kvart milliard ekstra
Forsøk på å overdimensjonere seg frem til bruddkontroll, ved å øke veggtykkelsen, 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.
Løpende brudd kan oppstå også i naturgassledninger. Men for CO2 er forholdene helt annerledes.
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.
Les også: Må få på plass CO2-håndtering
Tre effekter er avgjørende
Om en sprekk i et CO2-rør vokser eller ikke, bestemmes av en kombinasjon av tre fysiske effekter.
For det første er den drivende kraften bestemt av trykkfall, faseoverganger og strømning i CO2.
For det andre er rørets motstand mot sprekkvekst en funksjon av stålets bruddseighet og rørveggens tykkelse.
For det tredje vil det være en motstand mot sprekkvekst fra ytre trykk på røret, fra overliggende jordmasser på land, og fra vannmasser og overdekning på havbunnen.
Les også: Jusen bremser CO2-rør i Nordsjøen
Regner på alt samtidig
I verktøyet vårt har vi lagt inn matematiske beskrivelser av hver av de tre effektene.
Fordi programmet vårt – som det eneste i verden så langt – regner på alt dette samtidig, kan vi ha kontroll på hvert aspekt som styrer løpende brudd og dermed gi rørledninger et design som kveler sprekkdannelser i fødselen.
Les også: Morgendagens sokkel kan få grønne gasskraftverk
Satsing i nasjonale sentre
Verktøyet er utviklet i to av Forskningsrådets forskningssentre for miljøvennlig energi – BIGCCS og NCCS, og inkluderer kunnskap fra to av Forskningsrådets sentre for forskningsdrevet innovasjon – SIMLab og CASA.
Målet er å ende opp med en relativt enkel matematisk modell som kan bygges inn i designstandarder for CO2-rør. Lykkes vi, vil dette hjelpe arbeidet med CO2-håndtering i global skala.
Artikkelen sto første gang i Dagens Næringsliv fredag 14. desember 2018 og gjengis her med DNs tillatelse.
