CO₂-adsorpsjon: med potensial for å spare kostnader og klimaet

CO2-adsorpsjon er et lovende teknologialternativ for fangst av CO2. Noen av fordelene kan være lavere energiforbruk, redusert CO2-fotavtrykk og færre kostbare investeringer.

Adsorpsjonsteknologien er i en tidlig-fase når det gjelder CO2-fangst fra industrien, og har tekniske utfordringer som må løses. Derfor er det igangsatt et prosjekt i regi av SINTEF Industri og TotalEnergies Norge for å simulere prosessene i CO2-adsorpsjon. Totalbudsjett er på 24 millioner kroner, hvor CLIMIT støtter halvparten.

Illustrasjon av arbeidsprosessen. Illustrasjon: SINTEF

Hva er det unike med CO2-adsorpsjon?

Adsorpsjon refererer til prosessen der CO2-molekyler blir tiltrukket og bundet til overflaten av et fast stoff, som for eksempel aktivert karbon eller zeolitter. Dette skjer ved at CO2-molekylene interagerer med overflateatomene eller -gruppene på det faste materialet (sorbenten) gjennom svake kjemiske bindinger. Den foreløpig vanligste metoden for CO2-fangst er absorpsjon. Der blir CO2 fra røykgass oppløst i en tilpasset væske. Denne prosessen innebærer som regel at CO2-molekylene også reagerer med komponenter i væsken. Bindingsenergien for CO2 vil derfor være høyere ved absorpsjon enn ved adsorpsjon. Både for adsorpsjon og absorpsjon må det tilføres energi for å frigjøre CO2-molekylene igjen.

Hva er oppnådd?

«I prosjektet har vi jobbet med 6-7 ulike prosesser og vi jobber med å finne de mest effektive kombinasjonene med et utall av sorbenter (flere enn antall aminer som finnes på markedet i dag). Vi analyserer sorbentene og bruker de eksperimentelle dataene til å simulere hvor effektive og gode de forskjellige prosessene vil være. Håpet er å finne kombinasjoner som vil være bedre enn dagens amin-teknologi. Vi ser allerede store forskjeller mellom prosessene når det gjelder CO2-fotavtrykk», sier Richard Blom, SINTEF. Han nevner også at man har store forskjeller på hvilken måte prosessene bruker energien. «For eksempel er det vesentlig mer effektivt å flytte den faste sorbenten mellom kalde og varme seksjoner i prosessen enn å ha sorbenten fiksert i kolonnen og variere temperaturen på hele kolonnen, men en forutsetninger er at sorbenten tåler å bli flyttet», understreker Richard. 

Richard Blom, SINTEF. Foto: SINTEF

Det er også utfordrende for prosjektet da mange av de teknologiene som blir testet ut er på svært ulikt TRL-nivå, noe som gjør simuleringene ekstra krevende, og det å sette opp koding som gir sammenlignbare resultater. Det vil også være lokale forhold som spiller inn, slik som for eksempel tilgang på fast sorbent. Er den «kortreist» vil kostnadsbildet bli annerledes. Prosjektet har som mål å finne en adsorbent/prosess kombinasjon som på sikt kan egne seg for en pilot i industriell skala.

CO2-adsorpsjon – forbedre ytelsen

«Før det tas beslutninger om oppskalering, vil lab-pilotene hos SINTEF Industri brukes for å demonstrere gyldigheten av de oppnådde simuleringsresultatene, under forskjellige driftsbegrensninger», avslutter Svein Gunnar Bekken i CLIMIT. Som ser fram til å få sluttresultatene.

Apparatur for måling av 1-, 2- og 3-komponentisotermer. Foto: SINTEF/Werner Juvik

ACT 7: ACT Knowledge Sharing Workshops

ACT-konsortiet holder et to-dagers arrangement: 7th. ACT Knowledge Sharing Workshop, den 4. og 5. oktober 2023 i Paris. Fokuset på workshopen er å dele kunnskap, erfaringer og resultater.

Her finner du lenke til programmet

Her er lenke til registreringen. Vi håper å se deg i Paris.

ACT 7 for Kunnskapsdeling og nettverksbygging 

ACT-konsortiet inviterer ACT3- og ACT4-prosjektene, ACT-partnere og alle CCUS-interessenter til å delta på workshopen i Paris.  Workshopen vil også være en utmerket mulighet for å generere nye ideer og bygge unike nettverk. Presentasjonene og ambisjonene til de ulike ACT-prosjektene vil også være en kilde til inspirasjon.

ACT 7 gir mulighet for kunnskapsdeling og nettverksbygging.

Et internationalt initiativ for CCS og CCUS

ACT er et internasjonalt initiativ for å legge til rette for forskning og innovasjon av CO2-fangst, transport, bruk og lagring (CCUS).

ACT har som mål å akselerere og modne CCUS-teknologier ved finansierer transnasjonale forsknings- og innovasjonsprosjekter. Hele 16 land, regioner og provinser jobber sammen i ACT med ambisjon om å finansiere forskning, utvikling og innovasjon i verdensklasse som kan føre til sikker og kostnadseffektiv CCUS-teknologi.

Historikken til ACT

ACT startet i 2016, og vi har siden oppstarten hatt fire utlysninger og finansiert 39 prosjekter med € 108 millioner. ACT-prosjektene har tettet en rekke kunnskapshull og levert resultater av betydelig industriell interesse. «Vi tror årets workshop vil være enda en god mulighet for å lære og dele erfaringer og ytterligere styrke både nettverk og kompetane» sier Aage Stangeland i Norges Forskningsråd/ ACT-koordinator.  

Målet til Workshopen

Aage Stangeland sier videre: «Workshopen sitt mål er å sikre kunnskapsdeling og øke samarbeidet mellom ACT-finansierte prosjekter. Videre har vi også som mål å engasjere oss med andre CCUS-initiativer og interessenter, og vi håper alle deltakerne etter workshopen er både inspirert og fulle av nye ideer

Det vil være presentasjoner fra pågående ACT-prosjekter og interaktive økter, inkludert paneldiskusjoner og postersesjon i løpet av de to dagene.

Fangst av CO₂ i en ny dimensjon

Det er ikke ofte vi i CLIMIT-programmet kan annonsere en ny doktorgrad. Ron Jacob har tatt sin innenfor ELSE-prosjektet (Elektrifisert sementproduksjon), og resultatene fra dette er relevant for sementindustrien.

Med sement i blodet

Professor Lars-André Tokheim, som har vært veileder for Ron, har jobbet med sementindustrien siden 1994, først som stipendiat fram til 1998, deretter som prosessingeniør og leder for prosessavdelinga i Norcem fram til 2006. Men nå jobber han ved Universitetet i Sørøst-Norge (USN) og har fremdeles et nært samarbeid med sementprodusenten, som ligger bare 10 km fra campus.

«Da muligheten bød seg med prosjektstøtte fra CLIMIT på 3,5 år, passet det veldig fint å ta med en doktorgradsstipendiat i prosjektet,» sier Tokheim. «Det å ha en slik ressurs tilgjengelig, en person som kan dedikere all sin tid til prosjektet, er svært verdifullt. Og i Ron fikk vi inn en helt spesiell kompetanse som løftet prosjektet flere hakk,» framholder han. «Han er den flinkeste PhDen jeg har hatt. Ron har mestret alt fra lab-arbeid, via teknisk problemløsning, prosessdesign, modellering og simulering til selve skrivejobben,» oppsummerer en stolt professor.

For industrien er dette også verdifullt, da de har fått tilgang til nye resultater som kan bringe ned kostnadene for CO2-fangst.

Fra venstre: Professor Lars-André Tokheim, Phd Ron Jacob og prosjektansvarlig fra Heidelberg Materials Christoffer Moen

Ron Mangalam Jacob

Kommer fra: India

Mastergrad: Prosessteknologi ved USN i 2017

PhD-grad: August 2023 “CO₂ capture through electrified calcination in cement clinker production”

Jobb: Begynner nå hos Hydro på Herøya. Der vil doktorgraden hans kunne komme til god nytte.

Portret av Ron Mangalam Jacob. Foto

Kan fange mer enn 78 % CO2

Prosjektet til Ron omhandler elektrifisering av kalsineringsanlegget, det vil si den delen av et sementovnssystem som frembringer mesteparten av CO2en. Ved å elektrifisere kalsinatoren elimineres CO2 fra forbrenningen, og gassen som kommer ut, er tilnærmet ren CO2. Dermed kan man sende CO2en videre, enten til bruk eller til lagring, uten behov for et separat fangstanlegg.

Det meste av kalsineringsreaksjonen skjer i kalsineringsanlegget, og prosjektets hovedmål var å finne et passende design for den elektrifiserte reaktoren. Resultatene viser at CO2-utslippene kan reduseres med rundt 78 % ved å bruke en elektrifisert kalsinator i stedet for en brenseldrevet reaktor, forutsatt at en fornybar strømkilde er tilgjengelig. Dette er en stor mulighet for all sementindustri, og arealet som trengs for CO2-fangst kan trolig også reduseres betydelig.

«Norcem i Brevik bygger for tida et fangstanlegg basert på absorpsjon, og dette anlegget skal fange ca. 50 % av CO2en i røykgassen. Vi mener det seinere vil være mulig å kombinere absorpsjon med elektrifisering av kalsinatoren, slik at man på sikt vil kunne fange tilnærmet all CO2 fra fabrikken i Brevik, så det et stort potensial i denne prosessen,» sier Tokheim.

«Coparison of extra energy», slide fra disputasen.

Ikke vært mulig å gjennomføre uten støtten fra CLIMIT

Christoffer Moen, prosjektansvarlig fra Heidelberg Materials, understreker at dette prosjektet ikke hadde kunnet ble gjennomført i Norge uten støtten fra CLIMIT. «Dette er et viktig prosjekt for oss i og med at det er så direkte koblet til våre industrielle prosesser – det er en reell case. Prosjektet har dannet et godt grunnlag for Heidelberg Materials videre vurderinger som gjelder teknologiskutvikling av egne fabrikker,» sier Moen. 

Elektrifisering av sementproduksjon (ELSE)

Det er utviklet en egen produksjonsmodell for sementklinkeren som er validert mot fullskala eksperimentelle resultater. Videre er det gjort studier av to forskjellige elektrifiserte roterende kalsinatorer, én med intern oppvarming og en annen med ekstern oppvarming, både eksperimentelt og ved matematisk modellering. Den internt oppvarmede roterende kalsinatoren er et nytt konsept utviklet under dette arbeidet.

«I mitt arbeid ble det konkludert med at en fluidiseringsreaktor er best egnet for elektrifisering, da den krever mindre energi enn roterende kalsineringsanlegg,» sier Ron. «For et eventuelt videre arbeid foreslår vi å bygge en elektrifisert fluidiseringsreaktor for å utføre eksperimenter ved høy temperatur og verifisere de lovende resultatene oppnådd i dette doktorgradsarbeidet.»

«Vi gleder oss over de spennende resultatene fra ELSE-prosjektet og ser frem til hvordan dette vil videreføres» sier Jørild Svalestuen, saksbehandler i CLIMIT. 

Litteraturliste

https://drive.google.com/file/d/1vZtXq80QAIKu9Gm1CxxcT6WluGdcEbM_/view?usp=sharing

HNET: «Live» overvåkning av CO₂-lager under havbunnen

HNET-prosjektet utvikler en unik overvåkningsmetode basert på kunnskap og teknologi som allerede finnes.

Måling av seismisitet i sanntid er en av få overvåkingsmetoder som kan fortelle om utviklingen av spenningsfeltet i og omkring lagringsstedet, også med hensyn til lekkasjer.

Hva er HNET?

HNET-prosjektet er et CLIMIT-støttet forsknings- og teknologiutviklingsprosjekt som tar sikte på å utvikle og demonstrere et seismisk overvåkingsnettverk for offshore CO2-lagring i Horda-plattformregionen i Nordsjøen.

Prosjektet har satt søkelys på forbedret vurdering av naturlig seismisitet til støtte for planlagte CO2-lagringsprosjekter i Horda-plattform. Det er fokusert på å forstå naturlig bakgrunns seismisitet før man starter selve injeksjonen.

Landbasert lyttestasjon. Foto: hordanet.no

Utvikler kunnskap om bakgrunnsseismisitet

HNET-prosjektet er ledet av Equinor, med partnere NORSAR, Shell, TotalEnergies, Northern Lights JV, Universitetet i Bergen, Norsk Nasjonalt Seismisk Nettverk (NNSN) og CGG. Prosjektet er delt opp i fem faser, med beslutningsmilepæler mellom fasene (se faktaboks).

Egen lyttestasjon

I den pågående fasen etableres rutinemessig drift av HNARs seismiske lyttestasjon ved Holsnøy. Data herfra blir sammenstilt med data fra et sannsynlig veikart (PRM)-noder fra Grane, Oseberg og Snorre.

Fra sommeren 2021 og om lag ett år fremover var det plassert seismometre på havbunnen i Aurora-prospektet, som er lagerlokasjonen til Northern Lights. Data herfra ble løpende registrert og deretter innlemmet med data fra noder i sjøen og lyttestasjoner på land.

En viktig del av dette prosjektet er seismisk risikovurdering, dataintegrasjon og informasjon. Dette bør tilgjengeliggjøres raskt og på en formålstjenlig måte, tilpasset andre enn bare fagekspertene.

– Vi er veldig fornøyde med dataene fra lyttestasjonen på land, sier Volker Oye. Han er forskningssjef ved NORSAR.

Fasene i HNET-prosjektet

Fase 1

SNS-NET Prosjekt ble gjennomført i perioden august 2018 til juli 2019.

Fase 2

HNET tok konseptene videre med implementering av instrumenteringen på land og bruk av PRM-noder på havbunnen. Datainnsamling og rapportering fra november 2019 til desember 2020.

Fase 3

HNET3 er det pågående prosjektet som utvikler forståelsen av for all naturlig, tektonisk seismisk aktivitet, innen CO2 blir injisert under havbunnen (Northern Lights).

Fase 4

Den siste fasen omfatter sanntids overvåkning av injeksjonsprosessen.

Fase 5

Rapporteringsfase og går parallelt med Fase 3.

Ultralyd sikrer at CO₂-brønner holder tett

Selskapet Equanostic har utviklet ny teknologi basert på ultralyd som kan sjekke at sementeringen i CO2-brønner er tett. Dette er en viktig nyvinning når CO2 skal lagres i store volum.

Ugjennomtrengelig plugg

For å nå internasjonalt klimamål vil det bli nødvendig å lagre milliarder av tonn med CO2 dypt under bakken. Det må bores brønner slik at CO2 kan injiseres i egnede i reservoarer. I brønnene blir det satt et stålrør for å forhindre fluider fra omliggende formasjon å lekke ut. Man er helt avhengig av at baksiden av stålrøret fylles med sement og lager en ugjennomtrengelig plugg. Om man ikke kan verifisere sementeringsjobben, blir det raskt store utgifter om man må bore et sidesteg. Alternativt, hvis man tolker feil og ringrommet ikke er forseglet, kan konsekvensene bli enorme med tanke på miljøskader og økonomiske utgifter

Equanostic 

Brønnsementeringen kan verifiseres ved å bruke ultralyd. Teorien bak verifiseringen er ekstremt kompleks og Equanostic har nå utviklet nye metoder for å prosessere måleresultater fra brønner.

Ansatte jobber ved Equanostic i Oslo. Foto: Peter Holgersson AB

Gode resultater

Prosjektet går under navnet VRI og har vært delfinansiert gjennom CLIMIT-programmet. Prosjektleder Stig Støa fra Equanostic er veldig godt fornøyd med resultatene som er oppnådd. Gjennom VRI-prosjektet er det utviklet en løsning som gir langt bedre verifisering enn eksisterende alternativer.

Eget rammeverk

I VRI-programmet er det utviklet nye algoritmer og ny programvare for verifisering basert på ultralyd. Gjennom avanserte maskinlæringsalgoritmer er det etablert prosesseringsalgoritmer som tar hensyn til alle relevante fysiske parametere i brønnoperasjoner. Det er bygd et eget rammeverk for å håndtere de ulike formatene som feltdata leveres i, og det er prosessert feltdata fra ulike brønner i Nordsjøen og Barentshavet.

Ifølge prosjektleder Stig Støa er det stor industriell interesse for den nye programvaren. Equanostic jobber nå videre med testing av produktet i samarbeid med både norske og europeiske operatører.

Ansatte jobber ved Equanostic i Oslo. Foto: Peter Holgersson AB

Nøkkeldata for prosjektet:

Tittel: Ultralyd til å verifisere at sementeringen av ringrommet

Prosjekteier: Equanostic AS ved prosjektleder Stig Støa

Prosjektpartnere: Equanostic AS og Aker BP ASA

Støtte fra CLIMIT-programmet: 11,2 mill. kr.

Prosjektperiode: 2020-2023

Mer detaljer tilgjengelig fra Forskningsrådets prosjektbank.

DigiMon – digital overvåkning av CO₂-lagringsprosjekter

Rimelige og fleksible overvåkningssystemer for CO2-lagring er viktig for vellykket implementering av CCS-verdikjeder.

En sentral komponent i ethvert CCS-prosjekt er måling, overvåkning og verifisering (MMV), som må vise at prosjektet planlegges og gjennomføres på en samfunnsmessig akseptabel måte, og at sikkerheten ivaretas med egnet teknologi.

Flere teknologier til lavere kostnad

En viktig vitenskapelig utfordring er å ta i bruk en kostnadsoptimal kombinasjon av teknologier som samlet kan øke sannsynligheten for at man lykkes med å verifisere inneslutting eller oppdage brudd på CO2-barrierer.  Det overordnede målet med DigiMon-prosjektet var å «akselerere implementeringen av CCS ved å utvikle og demonstrere et rimelig, fleksibelt, samfunnsmessig integrert og smart varslingssystem med digital overvåkning» som kunne brukes til å overvåke ethvert CO2-lagringsreservoar og undergrunns barrieresystem. Prosjektet omfattet eksperimentelle laboratoriestudier og innsamling av felttestdata i tillegg til modellering og optimalisering. Et sterkt fokus på tverrfaglighet, mellom tekniske fagområder og samfunnsvitenskap, preget forskningen.

Deltakere i prosjektet DigiMon.

Ny kunnskap ved hjelp av DigiMon

DigiMon har bidratt til forbedring av individuelle systemkomponenter og utvikling av arbeidsflyter for behandling og tolkning av overvåkningsdata, spesielt et rammeverk for felles inversjon av flere typer geofysiske data. I tillegg er det utviklet et unikt metodeverk for å vurdere CCS-teknologier ut fra hvor akseptable og nyttige de er for samfunnet. 

DigiMon ble finansiert av ACT (Accelerating CCS Technologies), og NORCE har vært vertskap for prosjektet. Andre norske partnere har vært NTNU, MonViro, Equinor og Repsol. Internasjonale partnere har vært CRES (Hellas), Geotomographie og UFZ (Tyskland), Lawrence Livermore (USA), Sedona (Romania), Silixa og universitetene i Bristol og Oxford (Storbritannia) og TNO (Nederland). Prosjektet startet opp i 2021 og ble avsluttet ved utgangen av 2022.

Overvåkning av CO2-lagring.

Sentrale prosjektmål inkluderer:

  • Utvikle individuelle komponenter i systemet til en felles, høy TRL
  • Optimaliser og valider prosesseringsprogramvare for DigiMon-systemkomponenter
  • Utvikle en effektiv DAS-tolkning arbeidsflyt
  • Utvikle et kostnadseffektivt, integrert overvåkingssystem
  • Produser et fleksibelt system
  • Utvikle et samfunnsrelevant og akseptabelt overvåkingssystem

Les mer om prosjektet DigiMon hos CLIMIT-Demo.

Cignus Instruments utvikler en ny løsning for direkte massestrømsmåling av CO₂

Eksisterende strømningsmålere tilfredsstiller ikke alle måletekniske krav for måling av CO2 i forbindelse med oppskalering av fremvoksende CCS verdikjeder.

Cignus sin proprietære teknologi kan løse disse utfordringene og lukke teknologigap gjennom hele verdikjeden for storskala CCS.

Måling av akkumulert masse CO2 [tonn] blir en viktig funksjon i framtidens CCS-kjeder

Fangstanleggene må kunne måle hvor mye CO2 som leveres til transport med en nøyaktighet som møter myndighetens krav for å få godkjent sine utslippsreduksjoner. Lagringsaktørene trenger av samme grunn også nøyaktige målinger av hvor mye CO2 som tas imot for lagring. Det gjør at kommende operatører av CCS-kjeder prioriterer utvikling av nye og bedre løsninger for massestrømsmåling av CO2. Cignus Instruments utvikler en ny type massestrømsmåler med tekniske fordeler sammenlignet med løsningene som finnes på markedet i dag.

Flere studier konkluderer med at ingen av de eksisterende teknologier for massestrøms-måling tilfredsstiller alle måletekniske krav for måling av CO2 i forbindelse med nye CCS verdikjeder. Tradisjonelle Coriolis massestrømsmålere regnes som den mest nøyaktige og den eneste teknologien for direkte massestrømsmåling, men har generelle begrensninger for store rørdiametre, spesielt ved store operasjonstrykk, samt at teknologien ikke er kvalifisert for havbunnsinstallasjoner. Dessuten har denne teknologien et betydelig internt trykkfall, som gir utfordringer ved håndtering av væsker nær kokepunktet hvor et trykkfall vil gi risiko for koking og dermed økt målefeil. En slik utfordring vil gjelde massestrømsmåling av væsker med lavt kokepunkt, som f. eks. flytende CO2, flytende NH3 og flytende H2.

CLIMIT-Demo støtter prosjekt for massestrømsmåling av CO2

Teknologiutviklingen foregår i et pågående NFR EnergiX IPN-prosjekt 327715 Cignus Instruments «Massestrømsmåler for H2 og flytende CO2«. Følgende partnere deltar i dette prosjektet: Sintef Energi, Equinor, NEL, TechnipFMC, og TotalEnergies. Teknologien er demonstrert i labskala til EU TRL4.

I oktober 2022 fikk Cignus støtte fra CLIMIT-Demo til prosjektet 622129 «Design, bygging og innstallering av prototype Cignus massestrømsmåler for CO2-testing ved Equinor P-Lab».

«P-Lab» er Equinors forskningsanlegg på Herøya i Porsgrunn. I «P-Lab» inngår et anlegg for testing av flerfase-strømning av ulike fluider. Høsten 2023 skal Equinor kjøre en testkampanje med CO2 på «P-Lab». Cignus har fått mulighet til å teste sin prototype massestrømsmåler i denne kampanjen.

Vannstrømtest av CO2-prototype ved TUV-SUD-NEL (Uk).

Prosjektet skal demonstrere funksjon og nøyaktighet for Cignus massestrømsmåler både i gass og i flytende form

Målet er at prosjektet skal løfte teknologien fra TRL 4 til TRL6 «validert i relevante industrielle omgivelser».

På lenger sikt er målet til Cignus å utvikle teknologien til fullskala anvendelser, slik at teknologien blir kvalifisert for leveranser til fullskala CCS-anlegg, som f. eks. Northern Lights fase 2.

Sammenlignet ned dagens løsninger så har løsningen til Cignus flere fordeler. Det er bedre egnet for høyt trykk, større rørdimensjoner, for installasjon og drift på havbunn, og den har svært lavt internt trykkfall. Disse fordelene vil kunne gi Cignus et konkurransefortrinn i et framtidig CCS-marked for anvendelser som storskala rørtransport, lasting/lossing av skipstransport og subsea injisering til reservoar.

Cignus Instruments ble etablert i 2020 for å utvikle proprietær teknologi for strømningsmålere, og dette er så langt bedriftens eneste forretningsområde. Bedriften har i dag åtte ansatte inklusive grunnleggerne. De samme grunnleggerne startet bedriften Presens AS i 1996 som utviklet teknologi og produserte trykksensorer for et globalt marked. Presens ble kjøpt opp av General Electric / Baker Hughes i 2012. 

Konklusjon

Dagens løsninger møter ikke kravene til massestrømsmåling av CO2 i framtidige CCS-kjeder. Partnerne i Northern Lights og andre kommende operatører av CCS-kjeder prioriterer å få lukket dette teknologigapet. Med støtte fra EnergiX, CLIMIT og industripartnere utvikler Cignus en løsning som kan bidra til å lukke dette gapet.

Risiko for korrosjon «H₂S Challenges in CO₂ Pipelines”

Prosjektet (621269) ledes av DNV og fikk innvilget 4,9MNOK i støtte i oktober 2021. Prosjektet startet opp i mars 2022 med partnere Equinor, Shell, Gassco, og TotalEnergies. IFE og Wood deltar i prosjektet som underleverandører.

I januar 2023 ble JIP utvidet til å inkludere ExxonMobil, Woodside, ArcelorMittal, Vallourec, Subsea7, Tenaris, og Corinth. Planlagt prosjektslutt er sommeren 2024.

Hvordan H2S påvirker risiko for korrosjon

Prosjektet skal undersøke hvordan Hydrogensulfid (H2S) som urenhet i CO2-strømmer påvirker risiko for «vanlig» korrosjon og spenningskorrosjon i transportsystemer. Prosjektleder Klas Solberg, teknisk ingeniør ved Veritas-senteret (DNV) på Høvik, har en PhD-grad fra NTNU innen spesialområdet svikt og brudd i rørsystemer. Solberg oppsummerer dilemmaet som adresseres av prosjektet på følgende måte:

«Mindre strenge krav til en ren CO2-strøm kan gjøre CCS tilgjengelig for flere industriaktører. På den annen side kan et for høyt nivå av H2S i CO2-strømmen skade rørsystemet. Prosjektet vårt forsøker å finne det beste balansepunktet.»

CO2-strømmene fra fangstanlegg vil inneholde små mengder urenheter som for eksempel H2O, NO2, SO2, H2S og O2. Dersom CO2-strømmen gjøres flytende så vil en andel av urenhetene fjernes, men det vil fortsatt være urenheter på «parts per million (ppm)»-nivå i CO2-strømmen.

Urenheter kan føre til korrosjon og utfelling av faste reaksjonsprodukter i transport-systemet. Korrosjon medfører risiko for HMS, kostnader og omdømmet til CCS. Denne risiko for korrosjon kan reduseres ved å rense CO2-strømmene for urenheter. Samt bruk av mer korrosjonsbestandige materialer, og bruk av større sikkerhetsmarginer (tjukkere og sterkere materialer i rør og tanker). Disse tiltakene vil øke kostnadene for transportsystemet. Mer kunnskap om hvilke konsentrasjoner og kombinasjoner av urenheter som kan medføre korrosjon, vil bidra til mer optimalisert design av transportsystemer.

Kan medføre endringer i CO2-spesifikasjonen

Northern Lights (NL) prosjektet har satt grenser for urenheter i en CO2-spesifikasjon, men det betyr ikke at NL-spesifikasjonen er riktig eller optimal for framtidige CCS-kjeder. Ny kunnskap og nye materialer kan medføre at endringer i CO2-spesifikasjonen gir en bedre optimalisering av risiko og kostnader.

Fangst av CO2 fra for eksempel raffinerier og stålverk kan gi H2S i CO2-strømmen. For å unngå spenningskorrosjon anbefaler dagens industrielle retningslinjer (standarder og anbefalt praksis) at spenningsnivået i stål som eksponeres for H2S holdes godt under flytespenningen til det aktuelle materialet. For rørledninger, som for eksempel NL, kan det være en fordel å kunne tillate høyere enn anbefalte spennings-nivåer fordi det vil redusere kostnadene for arbeidet med å lage en rørtrase på havbunn.

Prosjektet skal gjennomføre eksperimentell testing for å kartlegge sammenheng mellom H2S konsentrasjon og spenningskorrosjon og vanlig korrosjon. Testingen utføres av DNV, IFE og Wood.

Hydrogensulfid gir risiko for korrosjon.

Prosjektet består av fire faglige arbeidspakker

  1. Analyse av risiko og utfordringer som følge av økte grenseverdier for H2S. Undersøke aktuelle konsentrasjoner av H2S fra utvalgte industrier og prosesser.
  2. Definere risiko for sprekkdannelse som følge av spenningskorrosjon («SSC») ved aktuelle konsentrasjoner.
  3. Undersøke hvordan økte konsentrasjoner av H2S vil påvirke det kjemiske miljøet i transportsystemet, og om det kan skape et korrosivt miljø og påvirke den normale korrosjonsraten.
  4.  Vurdere løsninger for å fjerne H2S fra CO2-strømmen før den entrer transportsystemet.

Prosjektets resultater skal brukes i to hovedleveranser

  1. Rapport om anbefalte grenseverdier for H2S konsentrasjon til Northern Lights prosjektet som kan medføre at øvre grense for H2S settes høyere enn dagens grense for framtidige CO2-strømmer.
  2. Oppdatering av DNV’s «recommended practice» dokument DNV-RP-F104 «Design and operation of carbon dioxide pipelines». På den måten blir prosjektets resultater tilgjengelig for flere aktører enn partnerskapet.

En økning av øvre grenser for H2S kan redusere kostnadene for framtidige CCS-kjeder. Kunnskap fra dette prosjektet vil dessuten være av betydning i vurdering av rekvalifisering av brukte olje & gass-rør til transport av CO2.