Jo lenger CO2-en lagres under havbunnen, jo sikrere blir lageret

I det norske fullskalaprosjektet skal det lages en infrastruktur rundt fangst, transport og lagring av CO₂. CO₂-lageret skal ligge i Nordsjøen, og det er Equinor som har fått oppdraget med å etablere lageret, i samarbeid med Total og Shell.

Men det er langt fra første gang det lagres CO₂ i bakken, verken i verden eller i Norge. Equinor har lagret CO₂ på norsk sokkel siden 1996, først på Sleipner-feltet og siden også på Snøhvit.

På samme måte som olje og gass har ligget lagret i porer i steinen i millioner av år, blir også CO₂-en som pumpes ned værende.

– På de årene vi har lagret CO₂ på norsk sokkel har vi aldri hatt en lekkasje, sier Rune Thorsen, geofysiker i Equinor, til Teknisk Ukeblad.

– Må gange med 50

Thorsen er prosjektleder for storskala CO₂-lagring i oljeselskapet, og leder et forskningsprosjekt som ser på hva de mulige neste prosjektene kan bli, etter fullskalaprosjektet.

Per i dag lagrer Equinor cirka én million tonn CO₂ i året. Dersom fullskalaprosjektet går videre med begge fangstprosjektene, kommer de til sammen til å bidra med omkring 800.000 tonn CO₂ i året. Men selve lageret vil ha kapasitet til å ta imot CO₂ også fra andre industrikilder.

– Skal vi nå klimamålene, må vi opp i skala fra det vi lagrer av CO₂ i dag. Vi må gange hvert prosjekt med 10. Eller med 50. Vi må kunne lagre mange millioner tonn CO₂ i året, sier Thorsen.

Equinor ser dessuten store muligheter for å kunne lage hydrogen av naturgass, samtidig som de fanger og lagrer CO₂-en som blir restprodukt i prosessen. Da trenger de mer lagringsplass.

Det finnes det mye av i Nordsjøen.

Reversert oljeproduksjon

Et CO₂-lager er vanligvis i en sedimentær bergart, dypere enn 800 meter under bakken eller havbunnen. Sandstein er et typisk eksempel på en slik bergart. Bergarten har ikke store kaverner eller hulrom i seg, men i stedet mange små porer. I sandstein vil omtrent 25 prosent av steinen være slike små, tomme porer.

Over seg vil den ha flere tjukke lag med forseglende bergarter, som skifer og saltlag. Disse hindrer at det som befinner seg i tomrommene i steinen ikke beveger seg opp og ut.

Disse porene kan være fylt med vann – eller med olje og gass. Det er den samme kombinasjonen av bergarter som har fanget olje og gass i millioner av år. Og på samme måte som vi har hentet ut hydrokarboner fra disse porene, kan vi fylle dem med CO₂.

– På mange måter er den en reversert operasjon av oljeproduksjon. I stedet for å ta noe ut av steinformasjonen, så putter vi noe nedi, forklarer Thorsen.

Denne typen formasjoner har vi mye av på norsk sokkel. Havbunnen er godt kartlagt etter flere tiår med petroleumsaktivitet. Oljedirektoratet har anslått at det er kapasitet til å lagre 70 gigatonn – altså 70 milliarder tonn – CO₂, i den norske delen av Nordsjøen. Den samme typen kartlegging er gjort på britisk sokkel, og til sammen er kapasiteten anslått til omkring 150 gigatonn CO₂.

I tillegg kommer lagringsplass til 5,5 gigatonn CO₂ i Norskehavet.

– Det er altså ikke lagringsplass som er begrensningen for teknologien, understreker Thorsen.

Som en svamp

I tillegg til de rette bergartene er det noen andre kriterier som må oppfylles for at en formasjon skal fungere som CO₂-lager. Blant annet er det viktig at porene henger sammen. Porerommene må være i kontakt med andre porer, slik at det du injiserer kan strømme gjennom dem.

Du må også ha en struktur som kan ta imot CO₂-en.

– Når CO₂ beveger seg i undergrunnen, vil deler av den bli fanget mellom porene. Hvis du tar en svamp under springen er det ikke alt vannet som renner gjennom. En svamp kan fange mye vann i seg. Det er det samme i en annen skala, forklarer Thorsen.

Når CO₂-en beveger seg blir noe fanget opp av steinen og slipper ikke ut. CO₂-en er også løselig og kan løse seg opp i vann og bli en del av formasjonsvannet. Den væsken blir da tyngre enn den som befinner seg der fra før, og synker dermed til bunns i reservoaret. Da kommer den aldri opp igjen og du har sikker lagring av CO₂-en.

Etter en tid vil CO₂-en kunne reagere med de eksisterende mineralene i bergarten og danne nye mineraler. Da blir CO₂-en omgjort til stein.

– Etter hvert som årene går vil dermed lagringen bare bli sikrere. Du får en permanent virkning, påpeker geofysikeren.

Flytende CO₂

Hvordan får man så CO₂-en ned i selve lageret? Når CO₂-en skal pumpes ned i reservoaret er den i flytende form, og den lagres altså slik. Årsaken til dette er at den da tar mindre plass enn i gassform. CO₂-en blir gjort flytende på fangststedet, for så å fraktes flytende og injiseres i lageret gjennom rør i flytende form. Det er billigere, krever mindre utstyr og mindre plass.

Selve prosessen med å injisere CO₂-en ned i reservoaret er omtrent det motsatte av det som skjer når olje og gass hentes opp, ved hjelp av trykk i brønner.

Da brukes et overtrykk for å få oljen til å strømme ut av brønnen. Det skjer enten naturlig eller ved hjelp av pumper. For å få CO₂-en ned i reservoaret trengs et undertrykk i brønnen. Det blir ikke stort nok av seg selv, og dermed brukes pumper til å skape et litt høyere trykk enn i reservoaret og da strømmer CO₂-en inn. Perforeringer, små hull, i brønnen lar CO₂-en komme ut i reservoaret.

Ellers er forskjellene mellom en oljebrønn og en injiseringsbrønn for CO₂ relativt små. Det er for eksempel noe strengere krav til materialer i CO₂-injiseringsbrønnene, fordi små mengder vann eller andre elementer fra fangstanleggene kan komme med, som krever materialer som ikke korroderer.

Ingen lekkasjer

Et krav for alle CO₂-lagringsprosjekt er at de skal overvåkes, slik at man har kontroll på at ingenting lekker ut.

– Vi gjør mye for å modne et lager, vi overvåker så vi kan se hvor CO₂-en beveger seg. Det gjør vi ved hjelp av seismikk, og kan nesten sammenlignes med bruk av kontrastvæske i medisinen til å lyse opp. Vi kan se at den beveger seg der vi ønsker og at den ikke beveger seg opp i grunnere lag, sier han.

I forkant av etableringen av et lager vil man også ta kjerneprøver fra brønnen. Den brukes til analyser, for å forstå styrken på bergarten og hva slags trykk den tåler. Når du injiserer CO₂ vil trykket øke, og selv om steinen vanligvis vil tåle et langt høyere oppbygging av trykk enn det CO₂-en gir, vil du også vite at du har en god sikkerhetsmargin.

De har aldri hatt lekkasjer fra lagrene på Sleipner og Snøhvit. Thorsen kjenner heller ikke til at det har vært lekkasjer fra CO₂-lagre andre steder i verden.

– Den mest sannsynlige årsaken til en eventuell lekkasje, og det er snakk om veldig lite sannsynlig, det er gjennom brønner. Gamle brønner i olje- og gassområder, som går ned i reservoaret. Det er altså snakk om menneskeskapte og ikke geologiske årsaker, sier han.

Kan bruke gamle oljereservoar

Det er også mulig å lagre CO₂ i gamle reservoarer hvor man har hentet opp olje og gass. På verdensbasis er det mulig å lagre mer CO₂ i helt nye områder, som ikke inneholder noe olje og gass, i store formasjoner med kun saltvann. Samtidig har man mindre kunnskap om disse.

– Vi har store mengder data fra oljebrønner. Så det blir en avveining mellom kapasitet og kunnskap, forklarer Thorsen.

Equinor ser muligheter på begge områder, både helt nye felt – som i fullskalaprosjektet – og i gamle oljefelt.

CO₂ kan i tillegg være gunstig for å øke utvinningen fra et oljefelt, ved at det løser opp oljen og bedrer strømmeegenskapene. I USA er bruken av CO₂ i oljebrønner mer utbredt og gjør at landet har en rekke CO₂-lagre, fordi de injiserer CO₂ i brønnene for å øke utvinningen, som så blir lagret permanent i reservoaret, såkalt CCUS – karbonfangst, -bruk og -lagring.

Løsningen har også vært vurdert ved en rekke anledninger i Norge. Forskjellen mellom Norge og USA er at det er mye mer kostbart å legge til rette for denne typen infrastruktur offshore enn på land. Offshore har du til gjengjeld god tilgang på vann, som også har god effekt på oljeutvinningen.

– Så er det også sånn at noe CO₂ vil komme tilbake med olje- og gasstrømmen og det vil være en sterk korrosiv karbonsyre. Den kan begynne å spise av materialet i brønnene og på plattformen, hvis det ikke er brukt rett type materiale. En gammel brønn er gjerne ikke planlagt for kontakt med CO₂, og de endringene som må til vil da fort være dyrere enn den ekstra inntekten du får fra økt oljeutvinning, understreker Thorsen.

Det vil likevel være mulig å designe nye felt og brønner for bruk av CO₂-injeksjon og -lagring.

Vann og gass

– Det som har stoppet tidligere prosjekter er tilgangen på CO₂, du trenger fort 4-5 millioner tonn per år. I USA er det flere som produserer CO₂ fra vulkanske områder for å bruke i oljeutvinning.

Med en infrastruktur for CO₂ kan dette endre seg i Norge. Det er likevel flere argumenter mot at dette eventuelt tas i bruk, i stedet for kun å lagre. Det første handler om at det kan være motstand i Europa, som man håper vil fange CO₂ for å lagre den i Nordsjøen. Å fange CO₂, for så å bruke den til å produsere fossil energi, som slipper ut CO₂, blir nok ikke oppfattet som like klimavennlig som å bare lagre den.

Norge har dessuten lang og utbredt erfaring med å injisere vann og gass for å øke oljeutvinningen. Begge deler har man tilgjengelig offshore. Volumet i gassinjeksjonen tilsvarer 65 millioner tonn CO₂-ekvivalenter i året. Bare på Oseberg-feltet injiseres tilsvarende 18 millioner tonn CO₂-ekvivalenter med gass hvert år.

– Det vil si at vi har en storskala injeksjon av gass, som er på nivå med det vi ønsker å få til med CO₂. Det er også relevant erfaring for CO₂-lageret, for vi ser hvordan bergartene oppfører seg når de mottar væske eller gass, poengterer geofysikeren.

Ingen ny teknologi

Thorsen understreker at CO₂-lagring på ingen måte er en ny teknologi. På verdensbasis er det gjort siden 70-tallet og det er dermed lagret karbondioksid i nærmere 50 år.

Equinor har selv lagret over 20 millioner tonn CO₂ i løpet av de siste 23 årene.

– Vi bygger videre på mange år med kunnskap fra olje- og gassleting, det er kritisk kompetanse som vi kan bruke videre i en teknologi som verden trenger. Vi har en sjelden mulighet til å bygge videre på den kompetansen, samtidig som vi har gode geologiske forutsetninger for å lagre CO₂ på sokkelen, sier Thorsen.