CO2-trollet skal temmes

Nødvendig kompetanse på CO2-fangst må bygges opp gjennom en langsiktig satsing, understreker eksperter Teknisk Ukeblad har snakket med.

Rekruttering til utdanningen er utfordringen på kort sikt. Mye kan også gjøres for å effektivisere forskningen gjennom å oppgradere laboratorieutstyr, hevder førsteamanuensis Olav Bolland og professor Hallvard Svendsen ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU).

Bolland arbeider ved Institutt for termisk energi og vannkraft, mens Svendsen er tilknyttet Institutt for kjemisk prosessteknologi.

Forskningssjef Inge Røinaas Gran ved Sintef Energiforskning er helt enig i at kunnskap på dette området må bygges opp, men han legger til: – Vi har allerede betydelig kompetanse som kan aktiviseres.

Hever blikket

Den nye samarbeidsregjeringen lover store beløp til FoU på CO2-fri gasskraft. Betydelig beløp brukes allerede til dette formålet. Gjennom Klimatek-programmet kanaliseres årlig 40 til 45 millioner kroner, og 20 av disse millionene er nå øremerket til CO2-fri gasskraft. Til sammen vil den årlige innsatsen fra neste år i ulike prosjekter i industrien og i forskningsinstituttene ligge på over 70 millioner kroner årlig.

Forskningsdirektør Bjørn Sund i Norsk Hydro mener det er viktig å heve blikket og se hvordan behovet for ren energi kommer til å utvikle seg å årene fremover.

– Vi må få mer ut av naturgassen enn bare CO2-fri gasskraft. Om noen år vil verden trenge ren energi til både kraftgenerering og transport, og Norge har muligheten til å bli en viktig leverandør.

Sund sier videre at mye av teknologien som skal bringe oss dit, er kommet så langt at det er på tide å bygge demonstrasjonsanlegg. Men det vil koste mer enn de beløp som har vært foreslått til nå. Han mener Norge må satse langsiktig på kompetanseoppbygging i form av doktorgrader og tilpasning av utdanningssystemet.

Merkostnader

En rapport fra Sintef Energiforskning til Norges forskningsråd anbefaler at norsk forskning konsentreres om tre mulige alternativer for CO2-fangst: Før-forbrenning, forbrenning med oksygen og etterbehandlingsmetoder. Rapporten dokumenterer at det ikke er nok kunnskaper om noen av metodene til å konsentrere forskningen ytterligere.

Felles for alle metodene er at kostnadene ved å produsere elektrisk kraft øker betraktelig. Forskning og teknologiutvikling vil kunne redusere merprisen, men neppe gjøre noen av alternativene lønnsomme, selv om CO2-gassen kan benyttes som drivgass til oljefeltene i Nordsjøen.

Sintef anslår at minimum 60 til 80 millioner kroner årlig må til for å utføre denne forskningen i en skala som kan lede til resultater. I tillegg kommer behov for utstyr og laboratorier, anslått til mellom 20 og 30 millioner kroner.

Flere andre land, med USA, Japan, Canada og Australia i spissen, arbeider aktivt med å finne metoder for å fjerne CO2.

1. Eksosrensing

En metode som kan bli aktuell, er å utstyre gasskraftverk med anlegg for å separere CO2 fra avgassen. Problemet er at avgassvolumene er enorme, og at anleggene som skal behandle avgassen, derfor blir svært store og kostbare. Teknologien er kjent, men den er aldri blitt anvendt i en slik skala.

Mitsubishi/Kansai har jobbet med kjemiske absorbenter, aminer, i 15 år og markedsfører tre ulike varianter.

Vi trenger bedre absorbenter enn disse, og vi er i gang med dette arbeidet. Det vil ta flere år før vi kan håpe på resultater, men vi kan jo ha flaks, sier NTNU-professor Svendsen.

Med dagens teknologi vil eksosrensing og reinjeksjon koste om lag 10 til 15 øre/kWh, men Svendsen tror disse kostnadene kan reduseres til det halve på fem til ti år. Både Svendsen og kollega Bolland peker spesielt på utviklingen av membraner som et viktig hjelpemiddel for å gjøre avgassekstrasjon mer effektiv. Membranteknologien vil også kunne bli avgjørende for lønnsomheten til hydrogenkraftalternativet.

2. Hydrogen

Norsk Hydro opplyste for noen år siden at de jobbet med en alternativ teknologi for å skille ut CO2 fra naturgass og brenne rent hydrogen som ville være restproduktet fra en slik prosess. CO2-fraksjonen skulle vurderes som drivgass til Granefeltet i Nordsjøen. Politikerne omfavnet Hydros forslag, men dessverre ble ikke løsningen valgt på Grane.

En viktig bieffekt av hydrogenalternativet er at det kan bety et gjennombrudd for hydrogen som miljøvennlig drivstoff. – Vi har demonstrert at dette lar seg gjennomføre, men i dagens situasjon blir kostnadene for høye. Vi fortsetter å utvikle teknologien for å løse disse utfordringene, sier Bjørn Sund.

3. Brenne med oksygen

Aker Maritime jobber med en annen hydrogenkraftløsning. Ved å forbrenne naturgassen i rent oksygen istedenfor luft, vil eksosgassen bestå av kun CO2 og vanndamp. Eksosvolumet reduseres betydelig, og vannfraksjonen kan lett fjernes ved kjøling med sjøvann. Resten av avgassen vil bestå av CO2, som deponeres eller anvendes. Teknologien er helt ren. Det benyttes ikke kjemikalier, og forbrenningsprosessen er lukket, slik at man ikke får noe utslipp av CO2 eller NOX.

Vi har løst mange av utfordringene forbrenning med rent oksygen gir oss. Ved å resirkulere CO2 -rik eksos inn i gassturbinen, får vi kjøling nok til at dagens materialteknologi holder, sier direktør i Aker Maritime, Oscar Fr. Graff.

Utfordringen for denne teknologien ligger i å tilpasse gassturbinens brennkammer, kompressor og ekspander. Resten av prosessen anvender kjent og velprøvd teknologi. Ved å bruke frysedestillasjon til oksygenproduksjon, vil virkningsgraden med tanke på el-utbytte ligge på rundt 48 prosent, inklusive reinjeksjon av CO2 til reservoar.

Ny membranteknologi for oksygenproduksjon som vil kunne bedre virkningsgraden med ca. 4 prosent, er under utvikling. I tillegg vil kostnadene reduseres, og anlegget blir mer kompakt, sier Graff.

4. Brenselcellen

Hvis brenselcelleteknologi beregnet på naturgass som drivstoff hadde vært tilgjengelig, ville mange av problemene vært løst. Det har vært forsket på keramiske høytemperaturceller i mange år, både i Norge og mange andre land.

Et stort norsk prosjekt, NorCell, kom i gang på midten av 1980-tallet, men sprakk på grunn av industriell rivalisering. Nå skal en slik brenselcelle fra Siemens Westinghouse installeres på Kolsnes i 2003/04. Anlegget får en effekt på 250 kW, som er bare en dråpe i havet i forhold til kraftbehovene gasskraftanleggene skal dekke. Forskerne bak denne teknologien mener slike anlegg kan komme opp i en elektrisk virkningsgrad mellom 60 og 70 prosent, når de kombineres med to turbiner på avgassiden.

Teknologien er svært interessant. Slike celler konstrueres med tanke på svært høy CO2-konsentrasjon i avgassen, som kan benyttes direkte til injeksjon i et lager, sier Bolland.

Hvordan bli kvitt CO2-en?

Det å pumpe CO2 tilbake i en underjordisk reservoarbergart, gjøres allerede i stor stil i Nordsjøen. Statoil separerer ut en million tonn CO2 fra naturgass på Sleipner og reinjiserer gassen i Utsira-formasjonen. Prosjektet startet i 1996 og skal gå i ca. 20 år for å finne ut hvor godt egnet denne formasjonen er som CO2-lager.

Best ville det naturligvis vært om det var mulig å tjene tilbake hele eller deler av kostnadene forbundet med ekstraksjon og reinjeksjon. Det var den muligheten Hydro så ved å bruke CO2 som drivgass på Grane.

En annen mulighet for å kvitte seg med CO2, er å løse opp gassen i dyphavet. Niva er med i et internasjonalt prosjekt på Hawaii som gjør slike forsøk i år.