Prinsipp og teknologi

Drivhusgassen CO₂ dannes ved forbrenning av hydrokarboner(HC) som ved forbrenning av olje, naturgass og kull, og er i hovedsak knyttet til å utnytte energien i fossilt brensel. Enkelt kan forbrenningen beskrives ved to kjemiske reaksjoner:

C + O₂ -> CO₂ + energi (1)

H + ½ O₂ -> ½ H₂O + energi (2)

Som til sammen blir til:

HC + 1½ O₂ -> CO₂ + ½ H₂O + energi (3)

Forbrenning av kull/karbon beskrives av reaksjon (1) , mens forbrenning av hydrokarboner beskrives av reaksjon (3). I tillegg vil eksosen (høyre side i reaksjon 1 & 3) inneholde mye overskuddsluft og andre forbindelser som dannes under forbrenningen (NO_x, SO₂). I eksosen (utslippet) fra et konvensjonelt gasskraftverk er det omtrent 3,5 % vol. CO₂.

Kraftverk er ikke den eneste kilden som kan renses for CO₂. Industri som f.eks. smelteverk, raffinerier o.l. er også mulige kandidater.



Teknikker for innfanging av CO₂

Det finnes en rekke teknikker for innfanging av CO₂. For f.eks. et gasskraftverk vil de mest aktuelle være:

– Eksosgassrensing av CO₂

Dette gjøres ved at eksosen vaskes ved bruk av en CO₂-absorberende væske (amin). Væsken kjøles ned for absorbsjon, hvor den kommer i kontakt med eksosgassen (inneholdende 3,5 % vol CO₂), og varmes senere opp for å frigjøre CO₂ i konsentrert form. Omtrent 85% av CO₂ mengden i eksosen kan fanges inn på denne måten.

– Utskilling av CO₂ før forbrenning

Denne teknikken går ut på å frigjøre karbonet (C) fra hydrokarbonene (HC) slik at det resterende hydrogenet (H) kan forbrennes i en turbin. Denne utskillingen foregår i to prosesstrinn: Først omdannes naturgass til CO-gass og hydrogen i en reformer. Så omdannes CO-gassen sammen med vanndamp, til hydrogen og CO₂. Deretter skilles CO₂-gassen ut akkurat som for rensing av eksosgass (med amin), men krever da et mye mindre anlegg. 90% av CO₂-mengden kan renses på denne måten.

– Forbrenning ved bruk av eksakt mengde rent oksygen

Ved bruk av denne teknikken tas det ikke oksygen fra luften under selve forbrenningen, men det brukes okygen som er separert fra luft før forbrenning finner sted. Under forbrenningen tilfører man nøyaktig mengde oksygen som behøves for å forbrenne gassen, og eksosen vi da bare bestå av CO₂ og vanndamp (jmfr. reaksjon 3). Vanndampen separeres ut av eksosen ved avkjøling (kondensering), og en sitter igjen med ren CO₂-gass. På denne måten kan man rense 100% for CO₂.

Transport av CO₂

I mange tilfeller vil innfanging og deponering av CO₂ medføre transport av gassen. Slik transport kan foregå i rørledninger hvor gassen pumpes gjennom. Slike rørledninger krever høye investeringer. En annen mulighet er transport av flytende CO₂ ombord på skip konstuert for dette formål. På denne måten kan et skip som frakter f.eks. LNG (flytende naturgass) fra et anlegg, returnere fra kunden med flytende CO₂ for deponering. Statoil/NAVION har bl.a. laget konsepter for dette.



Deponering av CO₂

Deponering av CO₂ kan foregå på flere måter. Det som imidlertid er viktig ved slik deponering er å sikre at CO₂ ikke lekker ut over tid. Det finnes deponeringsmuligheter i geologiske formasjoner både på land og til havs. Aktuelle deponeringsteder er brukte olje- og gass- reservoarer og underjordiske vannførende reservoarer – såkalte akviferer.

En studie utført for EU-kommisjonen i 1996 viser at 2/3 av den totale deponeringskapasiteten i akviferer i Europa – dvs. 476 mrd. tonn – befinner seg på norsk sokkel. I tillegg kan omlag 10,3 mrd. tonn deponeres i brukte olje- og gassreservoarer. Til sammenligning er EUs utslipp idag på ca. 4 mrd tonn/år.

Lagring i geologiske formasjoner ansett som den sikreste måten å deponere CO₂ på. Metoden går ut på å bore et dypt hull, enten på land eller til havs, ned til bergarter som kan ta imot større mengder CO₂.

Deponering av CO₂ på denne måten foregår på Sleipner idag i forbindelse med rensing av naturgass for renter av CO₂. Her skilles CO₂en ut og deponeres deretter i vannfylte formasjoner, eller såkalte akviferer. CO₂ kan også deponeres i tomme olje- og gassreservoar og for meroljeutvinning. Doponering for meroljeutvinning er den mest kostnadseffektive metoden for CO₂ deponering. Dette er beskrevet under.

– CO₂ deponering for meroljeutvinning

En mer kostandseffektiv strategi for deponering av CO₂ er å ta gassen i bruk til meroljeutvinning, populært forkortet EOR (Enhanced Oil Recovery). Dette er ansett for å være en sikker deponering i oljereservoar. CO₂ har en vaskende effekt på oljen i reservoarene, slik at ved bruk av CO₂ som trykstøtte (idag benyttes vann eller naturgass) vil et oljefelt kunne produsere 5-10% mer olje mot slutten av feltets levetid. Det er anslått at verdien av CO₂ til meroljeutvinning vil ligge på 12-15 $/tonn ved leveranse til en plattform. Teknikken er vel utprøvd i bl.a. USA. Til sammenligning er nåværende innfangings- og distribusjonskostnader for CO₂ fra kraftproduksjon på rundt 30-35 $/tonn. Ved hjelp av en fremtidig kvotepris for CO₂ og teknologiske fremskritt innen renseteknologi, kan det forventes at kostnadsgapet mellom verdi og kostnad lukkes, slik at det blir bedriftsøkonomisk lønnsomt å rense CO₂ fra kraftproduksjon.