Deponering av CO2 i så store mengder at det monner mht. å redusere de globale, antropogene utslippene er en betydelig vitenskapelig og teknologisk utfordring. En rekke lagringsmetoder har blitt foreslått, inkludert injeksjon i olje- og gassreservoarer. Statoils injeksjon av CO2 fra Sleipner feltet inn i Utsiraformasjonen er fremdeles det fremste eksemplet på vellykket CO2-lagring i stor skala.
Alle lagringsmetoder har imidlertid sine utfordringer, og den enorme mengden med CO2 som må lagres vil trolig kreve anvendelse av ulike lagringsmetoder, avhengig av hva som synes mest lovende lokalt. Transport og lagring av flere milliarder tonn (gigatonn: GT) ved noe få ”globale” deponier synes lite realistisk.
Den ideelle og permanente lagringsmåten for karbon er som karbonatmineraler. Bundet i fast fase vil karbon ikke lenger være mobilt. Spørsmålet er imidlertid om det er mulig å felle ut karbonater hurtig nok og i store nok mengder ved injeksjon av CO2-holdige fluider i reaktive bergarter. Og hvilke bergarter ville i så fall være best egnet?
Naturen selv binder karbon fra atmosfæren og hydrosfæren som karbonater gjennom ulike forvitringsprosesser. Forvitring av silikatbergarter alene bidrar globalt til et konsum av ca. 0,5 GT CO2 per år. Årlig menneskeskapte utslipp ligger i dag på ca. 30 GT. Er det mulig å akselerere karbonbindende prosesser slik at de kan bidra til mer effektiv karbonlagring?
Travertine avsetninger knyttet til kilder av alkaline fluider i Samailofiolitten i Oman. Alkaline løsninger, med pH mellom 11 og 12 dannet under serpentiniseringsreaksjoner i dypet, suger til seg CO2 fra atmosfæren og feller ut kalsitt på overflaten. ”Isen” på dammen i nedre kant av bildet består også av et tynt lag kalsitt. Foto: Bjørn Jamtveit, PGP.
Ved Physics of Geological Processes (PGP), et Senter for Fremragende Forskning (SFF) ved Universitetet i Oslo, har vi i flere år studert fluidbevegelser i bergarter. Spesielt har vi vært opptatt av hvordan fluider kan bevege seg gjennom bergarter som i utgangspunktet har liten porøsitet og permeabilitet. I naturen ser man flere eksempler på at fluider har beveget seg over overraskende store avstander i slike bergarter. Forklaringen synes å ligge i at fluidene er reaktive, og at spenninger bygges opp under reaksjonen mellom stein og fluid som får steinen til å sprekke opp lokalt. Når steinen sprekker opp, følger fluidene etter, hvorpå de eksponeres til nye volumer med reaktiv bergart – og prosessen kan fortsette. På denne måten skaper fluidstrømningen sin egen permeabilitet.
Dette betyr at dersom man pumper CO2-holdige fluider inn i reaktive bergarter med lav utgangsporøsitet, er det kanskje ikke sikkert at karbonatutfellinger i bergarten vil fylle bergartens porer til den blir helt ugjennomtrengelig for mer fluid. Det kan tenkes at karbonatveksten fører til oppbygging av spenninger i bergarten slik at den lokalt sprekker opp og bidrar til opprettholdelse av bergartens permeabilitet og reaktivitet.
Nyere forskning har vist at ultramafiske bergarter, dvs. opprinnelig olivinrike bergarter dannet i Jordas mantel, er spesielt reaktive når de eksponeres for CO2-holdige fluider. Slike bergarter er vanlige i ofiolitter, hvor havbunnsskorpe og øvre mantel er skjøvet opp på et kontinent under en platekollisjon (GEO 06/2010). I Norge finnes slike bergarter langs hele Den kaledonske fjellkjeden. I de fleste av disse ser man eksempler på naturlig karbonlagring ved karbonatutfelling. Figur 1 viser en ”karbonatiseringsfront” fra klebersteinforekomstene nær Linnajavri i Nordland (GEO 07/2010). Her har naturen selv lagret en karbonmengde tilsvarende minst et halv års utslipp fra alle Norges CO2-kilder.
Det finnes imidlertid langt større forekomster av ultramafiske bergarter både i Norge og andre steder i verden. Samailofiolitten i Oman er verdens største. I denne over 400 km lange og 50 km brede ofiolitten er enorme mengder karbon bundet som magnesitt og kalsitt i listvanitter (magnesitt-kvartsbergarter) og travertiner (Fig.2). Beregninger viser at det i teorien vil kunne lagres inntil 1 GT CO2 i denne per år. Hva som er praktisk mulig er en annen sak, og man forsøker i øyeblikket å etablere et internasjonalt forskningssamarbeid for å undersøke dette, bl.a. ved hjelp av storskala pilotprosjekter. Dette var et sentralt emne under konferansen Geological carbon capture & storage in mafic and ultramafic rocks, IODP/ICDP Workshop on the role of oceanic and continental scientific drilling som ble arrangert i Muscat i Oman i perioden 7.-12. januar 2011. Undertegnede var invitert foredragsholder.
PGPs mangeårige grunnforskning innen fluidbevegelse i ”tette” bergarter har gjort oss til en etterspurt samarbeidspartner i nye initiativer for å etablere internasjonale forskningsprosjekter rundt CO2-lagring i bergarter. Interessant nok er den samme kompetansen relevant for andre prosjekter knyttet til (primær) migrasjon av hydrokarboner fra kildebergarter, utvinning av ikke-konvensjonelle hydrokarboner, samt lekkasje av fluider (olje, gass og CO2) gjennom takbergarter. Noen av disse prosjektene vil bli presentert i fremtidige utgaver av GEO.
Skrevet av Bjørn Jamtveit