Waarom wordt er zoveel gesproken over het opslaan van CO ₂ ondergronds? Kost het niet meer dan het waard is? Hier geven we de onderzoekswetenschappers de antwoorden en verklaringen waarom CCS klimaattechnologie is waar we volledig afhankelijk van zijn. (En ja, het is volkomen veilig.)

Wat is CCS precies?

CCS is een afkorting van carbon capture and storage. De koolstof waarnaar hier wordt verwezen is het broeikasgas koolstofdioxide (CO ₂ ), die wordt uitgestoten wanneer we, bijvoorbeeld, olie verbranden, steenkool of gas en wanneer we cement en andere industriële producten vervaardigen.

Dus, CCS is technologie die deze CO . kan opvangen en transporteren ₂ en bewaar het veilig onder het aardoppervlak. Velen zijn daarom begonnen te verwijzen naar CCS als koolstofrecycling, aangezien het de bedoeling is om de CO ₂ waar het vandaan kwam, ondergronds, bijvoorbeeld in het oude, stabiele oliereservoirs die kunnen worden afgesloten.

Waarom is zogenaamd CCS-afvang en ondergrondse opslag van CO ₂ -zo belangrijk?

De reden is dat alle serieuze scenario's voor de toekomst afhankelijk zijn van het kunnen aangaan van deze uitdaging als we het tweegradendoel in de praktijk willen halen. Met andere woorden, we hebben geen keus! De reden is dat we de komende jaren afhankelijk zullen zijn van olie en gas. Het afsluiten van de olievoorraden in de wereld is een veel onrealistischere oplossing.

Het International Energy Agency (IEA) en het VN-klimaatpanel stellen duidelijk dat het "uiterst waarschijnlijk" is dat klimaatverandering verband houdt met onze CO ₂ uitstoot. Vandaar, tegen 2050 moet de wereld de uitstoot van CO . verminderen ₂ met 5 gigaton per jaar. Dit is gelijk aan de totale CO ₂ uitstoot van ongeveer tienduizend fabrieken en elektriciteitscentrales. CCS kan bijdragen aan het volledig elimineren van 14-17 procent van deze emissies. (Op basis van cijfers uit 2015.)

Zonder deze methode is het onmogelijk om het zogenaamde tweegradendoel te bereiken, die naar de mening van een toenemend aantal wetenschappers op 1,5 graad zou moeten worden bijgesteld. Voor de zekerheid (d.w.z. streven naar 1,5 graad) zouden we de uitstoot eigenlijk nog verder moeten verminderen, tegelijkertijd implementeren we afvang en opslag van CO ₂ .

Samenvattend:initiatieven als het toegenomen gebruik van kernenergie en hernieuwbare energie, en veranderingen met betrekking tot de elektrificatie van de transportindustrie zullen niet voldoende zijn. We kunnen niet zonder CCS. De wereld moet daarom veranderen op een schaal die we nog nooit eerder hebben gezien, en dit is dringend.

Waarom is het zover gekomen?

Allereerst:'s werelds klimaatonderzoekers zijn het erover eens dat CO ₂ is een broeikasgas dat warmtestraling remt en daardoor de temperatuur op aarde doet stijgen. Wanneer de hoeveelheid CO ₂ in de atmosfeer neemt toe, het isolerende effect van de atmosfeer neemt ook toe - met andere woorden, CO ₂ draagt ​​bij aan het broeikaseffect. Natuurlijke uitstoot van CO ₂ worden beheerd door de planeet zelf, omdat bomen en planten CO . opnemen ₂ in verband met fotosynthese, wat resulteert in de zogenaamde "koolstofcyclus". Echter, sinds de industriële revolutie is onze vraag naar energie toegenomen, en aan deze vraag is voldaan door steenkool te gebruiken, olie en gas, die zonder menselijke tussenkomst onaangeroerd zou zijn gebleven, als een natuurlijke ondergrondse koolstofopslag. Door kolen en gas te verbranden, en door een industrie op te zetten die ook CO . uitstoot ₂ , we hebben meer CO . vrijgegeven ₂ dan de natuur alleen kan absorberen, bijvoorbeeld door het proces van fotosynthese.

Uit alle beschikbare cijfers en wetenschappelijke metingen blijkt dat de uitstoot van broeikasgassen sinds 1890 gestaag is toegenomen, en de emissies tot nu toe hebben geleid tot een totale stijging van de gemiddelde temperatuur aan het aardoppervlak met één graad.

We zien nu al de impact zowel op de natuur als op de infrastructuur. Een verdere temperatuurstijging zal leiden tot een stijging van de zeespiegel als het poolijs smelt, tot nog extremer weer, en tot zuurder zeewater, waardoor organismen zoals koralen en algen uitsterven. Soorten die nu voedsel vormen voor dier en mens zullen verdwijnen. Stijgende temperatuur en droogte zullen de graanopbrengst drastisch verminderen, fruit en groenten. Hierdoor zal het aantal vluchtelingen toenemen.

Is het technisch mogelijk om CO . af te vangen ₂ ?

Ja. Noorse onderzoekers werken hier al sinds de jaren tachtig aan. In die tijd CO ₂ was al enige tijd (sinds de jaren zeventig) geïnjecteerd in Amerikaanse olievelden om de olieproductie te verhogen. Bijna dezelfde technologie wordt gebruikt in CO ₂ vandaag vastleggen. Sinds de start van CCS in 1996, meer dan 23 miljoen ton CO ₂ veilig zijn opgeslagen op het Sleipner-veld en we hebben CO . opgeslagen ₂ op het Snøhvit-veld sinds 2008. De opslag vindt plaats in met pekel gevulde poriën in zandsteenformaties (zogenaamde zoutwateraquifers). dergelijke CO ₂ ophopingen worden afgesloten door een natuurlijk geologisch deksteen, zoals leisteen of klei.

Noorwegen heeft ook 's werelds grootste testfaciliteit voor CO ₂ vangtechnologie in Mongstad. Hier, grote en kleine technologieaanbieders kunnen hun innovatieve concepten voor het verbeteren van CO . presenteren ₂ vangtechnologie en test ze op industriële schaal onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden.

Is het duur?

Alle technologie kost geld, maar de kosten die klimaatverandering ons met zich meebrengt, zullen veel hoger zijn.

SINTEF's schattingen tonen aan dat de kosten van grootschalige (d.w.z. miljoenen tonnen per jaar) afvang, transport en opslag van CO ₂ van kolencentrales ongeveer USD 93 per ton (830 NOK). (Zie het kader met de belangrijkste feiten). Deze kosten variëren per land, bron, transportafstand en type stortplaats. CO . vastleggen ₂ van cementfabrieken, staalfabrieken en afvalverbranding kosten minder dan CO afvangen ₂ uit elektriciteitscentrales.

Echter, CCS wordt steeds goedkoper:zoals het geval is met andere technologie die aanvankelijk duur is, CO ₂ afvangen is efficiënter en dus goedkoper geworden. Wetenschappers verwachten dat de prijs verder zal dalen, in de pas lopen met de implementatie van de technologie. De verspreiding van deze technologie wordt ook gezien als een belangrijk potentieel voor industriële ontwikkeling.

Hoe werkt CCS in de praktijk?

Eigenlijk, er zijn twee categorieën CCS:

De eerste is het opvangen en opslaan van CO ₂ gevonden in energieopwekking en andere industrieën, zoals cement, staal- en afvalindustrieën, evenals stroomopwekking uit aardgas en steenkool. Dit zijn bronnen met een hoge CO ₂ uitstoot.

SINTEF's onderzoeksfaciliteit voor CO ₂ -vangst in Trondheim, Noorwegen. De installatie maakt het goedkoper om de uitlaatgassen van gas- en kolencentrales en de procesindustrie te reinigen voor het broeikasgas CO ₂ . Het laboratorium wordt gebruikt voor onderzoek naar chemische zuivering van CO ₂ van uitlaatgassen, de methode die zal worden gebruikt in de eerste full-scale installaties ter wereld voor CO ₂ vastlegging. Foto:Thor Nielsen.

Dit gebeurt met behulp van verschillende chemische processen.

Deze absorptietechnologie (waaronder aminetechnologie) maakt gebruik van chemicaliën die binden aan de CO ₂ in de industriële rookgassen voordat deze de schoorsteen bereiken. Dit betekent dat industrieën zoals de staalindustrie, kunstmestproducenten en cementfabrieken kunnen hun CO . verminderen ₂ uitstoot tot nul.

Dit is uiterst belangrijk omdat deze industrieën goederen produceren die de wereld nodig heeft, maar zijn ook ingesteld om CO . te produceren ₂ als een bijproduct van hun activiteit tot ver in de toekomst. CCS is de enige oplossing die voor deze industrieën kan zorgen voor nuluitstoot.

Om de CO . op te vangen ₂ , de eerste stap is het gebruik van chemicaliën om te binden aan de CO ₂ . dan de CO ₂ moet worden gescheiden van de chemicaliën om pure CO . te krijgen ₂ . Om dit te behalen, het mengsel wordt verwarmd om de CO . vrij te maken ₂ . Bij dit proces blijven er twee producten over:pure CO ₂ die gemakkelijk te hanteren is en chemicaliën die hergebruikt kunnen worden.

Het proces van het scheiden van de CO ₂ van de chemicaliën is kostbaar, omdat het veel energie kost. dergelijke CO ₂ zuivering is daarom het meest winstgevend in industriële processen die restwarmte genereren, omdat de energie uit deze overtollige warmte kan worden gebruikt voor het zuiveringsproces. Noorse onderzoekers en Aker Solutions hebben hiervoor in het Solvit-project een mobiele testfaciliteit ontwikkeld.

De mobiele testfaciliteit heeft de afvang van gas- en kolencentrales geverifieerd, raffinaderijen, afvalverbrandingsinstallaties en cementfabrieken. Onderzoekers hebben tests gedaan in zes proeffabrieken in Duitsland, Schotland, de VS en Noorwegen en evalueerden 90 verschillende chemische mengsels om de beste te vinden.

De chemische zuiveringsmethode kan ook worden gebruikt bij het maken van waterstof uit aardgas. Met behulp van deze methode, de waterstof wordt volledig emissievrij.

De tweede methode heet BIO-CCS. In de praktijk betekent dit het extraheren van CO ₂ uit de atmosfeer.

Het principe is om CO . af te vangen en op te slaan ₂ uit bronnen die in eerste instantie als klimaatneutraal worden beschouwd, zoals biologisch afval, houtsnippers of mest. Wat wordt afgevangen is de CO ₂ gevonden in de natuurlijke cyclus van de aarde - en niet CO ₂ uit koolstofbronnen zoals steenkool, olie en gas. Zo verminderen we de hoeveelheid broeikasgas die al in de atmosfeer aanwezig is, omdat het uit de natuur komt, biologische CO ₂ fiets.

BIO-CCS kan ook door CO . af te vangen en op te slaan ₂ uit biologische bronnen via de productie van biokoolstof (houtskool). Biocarbon is een goede bodemverbeteraar en bindt ook aan CO ₂ , zolang de kolen niet worden verbrand en in de grond blijven. De methode om biokoolstof te produceren heet pyrolyse, en is zo simpel dat het in je eigen tuin kan met tuinafval, bijvoorbeeld. Echter, een pyrolyse-oven nodig is.

In de oven, de biomassa wordt met een minimale luchttoevoer in maximaal 20 minuten opgewarmd tot tussen de 500 en 700 graden. Biokoolstof bevat twee keer zoveel koolstof als andere organische stof. De methode is slim omdat we alleen grond of cultuurgrond nodig hebben voor CO ₂ opslag, waardoor het transport en de opslag van CO ₂ minder ingewikkeld dan uit de industrie. Natuurlijk, de methode is het meest effectief bij grootschalige toepassing in de tuinbouw of landbouw.

Volgens cijfers van het Norwegian Institute of Bioeconomy Research (NIBIO), uitstoot van de Noorse landbouwsector kan worden gehalveerd als 4, 000 Noorse boerderijen produceren en mengen biokoolstof in de bodem. NIBIO is een partner in het CAPTURE+-project en is degenen die het langst onderzoek doen naar biokoolstof in Noorwegen.

Hoe weten we dat het vervoeren van CO ₂ in pijpleidingen veilig is?

Vandaag CO ₂ wordt vervoerd in pijpleidingen die zich uitstrekken over duizenden kilometers land in Noord-Amerika. In Noorwegen, er is 150 kilometer CO ₂ pijpleiding op de zeebodem van het Snøhvit-veld naar Melkøya in Hammerfest.

Bijgevolg, CO . vervoeren ₂ is volkomen veilig als alle leidingen speciaal zijn ontworpen voor CO ₂ vervoer. Om erachter te komen wat er nodig is, SINTEF heeft een geavanceerd simulatiemodel ontwikkeld dat kan voorspellen of een scheur of andere schade aan een CO ₂ transportleiding kan worden ontwikkeld tot een doorlopende bres. De tool laat zien hoe de leidingen zelf scheurvorming kunnen voorkomen zonder dat de wanden van de leiding onnodig dik hoeven te worden of andere kostbare risicoverlagende maatregelen nodig zijn.

Pogingen om de pijpleidingen te overdimensioneren om breuken te beheersen door de wanddikte te vergroten, is een kostbare strategie. Voor een 50 mijl lange pijpleiding met een diameter van 36 inch, het vergroten van de wanddikte met slechts drie millimeter zal 250 miljoen NOK (GBP £ 22,25) toevoegen aan de totale kosten gezien de huidige staalprijzen.

De Noorse olie-industrie heeft tientallen jaren ervaring in het ontwerpen van pijpleidingen en veiligheidsbeoordelingen met betrekking tot het transport van aardgaspijpleidingen. Maar CO ₂ heeft andere eigenschappen dan aardgas. In tegenstelling tot aardgas, CO ₂ warmt op als de druk afneemt. Als er een gat in een CO . zit ₂ pijpleiding, er komt tot tien keer meer energie vrij dan bij een lek in een aardgasleiding.

Onlangs, SINTEF heeft het simulatiemodel gebruikt om projecties voor het Northern Lights-project op te stellen. Dit project wordt beheerd door Equinor met Shell en Total als partners en omvat het transport- en opslaggedeelte van het Noorse demonstratieproject voor volledige CO2-uitstoot ₂ behandeling.

Hoe weten we dat ondergrondse opslag van CO ₂ is veilig?

Daten, alle onderzoeken en ervaringen wijzen uit dat opslag van CO ₂ kan veilig worden gedaan als geschikte opslagruimtes worden geselecteerd.

Een goed voorbeeld is het pilotproject van Equinor bij Sleipner, waar 1 miljoen ton CO ₂ per jaar wordt in de stromende zandsteen onder dichtere kleilagen bijna 1 000 meter onder de zeebodem sinds 1996. SINTEF onderzoekt veel onderwerpen met betrekking tot veiligheid, maar ook kostenbesparend, opslag:

Een voorbeeld van lopend onderzoek is het door SINTEF gecoördineerde Pre-ACT-project, die door de EU wordt gefinancierd, de Onderzoeksraad van Noorwegen, Equinor, Shell en Totaal, onder andere.

In het project, onderzoekers hebben toegang tot monitoringgegevens van belangrijke CO ₂ opslag demonstratie planten. De gegevens zullen worden gebruikt om de waarde van de ontwikkelde methoden te kalibreren en aan te tonen en om een ​​"protocol" of aanbevelingen te ontwikkelen.

De aanbevelingen zijn ontwikkeld als hulpmiddelen voor operationele beslissingen op basis van informatie over de poriëndruk in het opslagreservoir. Dit zal de operators helpen om zowel de veiligheid als de opslagcapaciteit op een kosteneffectieve manier te maximaliseren. Het systeem zal ook worden gebruikt om de reservoirs te monitoren.

Pre-ACT maakt gebruik van een groot fieldlab voor CO ₂ opslag:Svelvik CO ₂ Veldlab. Het veld ligt in een zandbak bij Drammen in Noorwegen en wordt beheerd door SINTEF. Het lab bestaat uit één injectieput en vier peilbuizen, allemaal met instrumenten om te meten wat er zowel in de putten zelf als in de gebieden tussen de putten gebeurt. Dit geeft onderzoekers nog meer unieke data.

In aanvulling, this field lab provides researchers with unique opportunities for testing new methods and equipment, such as fibre-optic sensors for CO ₂ monitoring.