Reaksjoner mellom CO2-rike fluider og bergarter

Fordi brønner til prøvetaking vanligvis ikke vil være en del av lagringsprosjekter, vil eksperiment, simulering og prediksjon være en uhyre viktig metode for risiko- og kapasitetsvurderinger. Tilsvarende vil prediksjon av oppførselen til forseglingsmaterialer i brønner og sedimenter være veldig viktig. Mellomsjiktene mellom brønnforinger, betong og sedimenter blir viet stor oppmerksomhet som mulige lekkasjeveier.

Når CO₂ kommer i kontakt med vann blir det dannet karbonsyre, som reagerer sterkt med forskjellige mineraler og materialer. IFE utfører laboratorieskala eksperimenter for å kunne forutsi hvilke reaksjoner som kan finne sted, hvor raskt de foregår, og hvilken betydning disse reaksjonene vil ha på strømning, trykkoppbygning og levetid for de materialer CO₂ kommer i kontakt med.

IFE har også forutsetninger for å studere CO₂ prosesser i porøse medier på aller minste skala, ved helt spesielle metoder som inkluderer ulike former for nøytrondiffraksjon (for eksempel småvinkel nøytronspredning SANS), forskjellige former for røntgendiffraksjon (for eksempel småvinkel røntgendiffraksjon SAXS, vidvinkel røntgendiffraksjon WAXS, bruk av synchrotronstråling), NMR og Hele Shaw Cell eksperimenter. Simulering kan også gjøres på samme skala med spesielle metoder (Lattice Boltzmann og Nettverk simuleringer).

Mer informasjon om metodene finnes på Fysikkavdelingens websider.

Kalkstein - eksperimentell "wormholing". Enkelte porekanaler, som i utgangspunktet var litt mer effektive strømningveier enn andre, vil over tid kunne bli utvidet på grunn av oppløsning av mineraler. Disse vil derfor kunne fange inn en stadig større andel av væskestrømmen, og derfor utvide seg ytterligere. En slik prosess vil kunne føre til at vann-CO₂ systemet fingrer seg. Vannrike og CO₂-rike lag vil kunne eksistere side om side over relativt lang tid, og dette vil virke inn på injektivitet, lagringskapasitet og trykkfordeling.

Når forskjellige fluider vekselvirker i et felles porøst medium vil forskjellige fenomener som fingring og avrivning av fasene kunne føre til kompliserte tofasemønstre, som også vil påvirke reaktivitet. I et CO₂-vann system på nanoskalanivå vil reaktivitet (karbonsyre mengde) avhenge sterkt av faseopptreden. IFE utfører forskning med spesielle observasjonsmetoder, nanoskala eksperimenter og simuleringsmetoder for å kunne avsløre vekselvirkning mellom vann, CO₂ og mineraler på aller minste skala. Dette er viktig for forståelsen av både forseglingseffektivitet i takbergarter, og også for CO₂-fangst i faststoffabsorbenter.

Sporing og monitorering av CO₂-strømning i lager og forsegling
Eksperimenter på nanoskala og simulering av strømning og interaksjon i systemer med tofase ublandbar strømning og fortrengning, hvor viskositetskontraster spiller en viktig rolle, vil være en aktivitet i det nye Climit prosjektet ”Sorption and migration of CO₂ in porous media”, som er under oppstart våren 2010. Forståelse og kvantifisering av oppførsel av forseglingsmaterialer og absorbentmaterialer på aller minste skala er viktig for oppskalering av reaksjon, absorpsjon, strømning og innfanging.

Sedimentære bergarter på land på Svalbard gir et meget godt visuelt bilde av hvordan et CO₂ lager ser ut. På Svalbard er man også i gang med et prosjekt for å undersøke om en betydelig, men moderat mengde CO₂ kan bli lagret under området i nærheten av Longyearbyen.

For å kunne gjennomføre CO₂ lagring i undergrunnen må man identifisere at to typer sedimentære bergarter er tilstede. Underst må man ha en sandstein med tilstrekkelig høyt poreinnhold til å kunne lagre den planlagte mengde CO₂, og tilstrekkelig permeabilitet til å sikre at en høy injektivitet kan bli opprettholdt over langt tid, uten for sterk trykkøkning. Over denne sandsteinen må man ha en tett takbergart (skifer, salt, kalkstein), med tilstrekkelig tykkelse og styrke til å forhindre lekkasje og og oppsprekking.

Bruk og lagring av CO₂ i industriprosesser
Bruk av CO₂ i industriprosesser som reagens i mineraloppredning, utvikling av mineralprodukter, og CO₂ håndtering i andre industriprosesser (metallprosessering, betongfremstilling, gjødselproduksjon) er en anvendelse for CO₂ som IFE har jobbet med lenge, og gjennomført omfattende eksperimentvirksomhet og patentering. Norge har verdensklasse mineralressurser, hvor verdiskapning vil kunne være mulig i kombinasjon med CO₂ lagring.

Bildet viser meget forenklet hvordan industriell verdiskapning, og samtidig CO₂ lagring som karbonat, kan kombineres til et produkt, som i seg selv har klimabesparende egenskaper: redusert motstand mot veibanen og redusert forbruk av drivstoff. Dekkene kan også få bedre bremseegenskaper på vått dekke og bedre vinteregenskaper. Kort sagt: en mulig revolusjon i dekk teknologi!

Kontaktperson: harald.johansen@ife.no

Tilbake til oversikt IFE CO2 senter.