En gammel visjon er i ferd med å bli virkelighet. Fra og med slutten av 2024 skal Nordsjøen bli et felles europeisk lager for CO2. Det hele starter i CO2-lagringslisensen Aurora (utnyttelsestillatelse 001, den første i sitt slag) i den nordlige delen av Nordsjøen.
Der skal selskapet Northern Lights – et joint venture eid av Equinor, Shell og TotalEnergies i like deler – i den første fasen injisere og permanent lagre opptil 1,5 millioner tonn CO2 per år. Selskapet har planer om å øke volumene til minst 5 millioner tonn CO2 per år i fase 2, og har videre vekstambisjoner gitt at den kommersielle interessen fra norske og europeiske utslippere er tilstrekkelig stor.
Til sammenlikning var Norges klimagassutslipp 48,9 millioner tonn CO2-ekvivalenter i 2022 (Miljødirektoratet).
Lagring av CO2 på norsk sokkel er imidlertid ikke et nytt konsept. Faktisk har vi nærmere 30 års erfaring. Equinor har reinjisert CO2 fra produsert gass ved Sleipner siden 1996 og ved Snøhvit siden 2008.
Men Northern Lights-prosjektet representerer noe nytt. Det finnes ingen petroleumsressurser i lisensen. Ingenting skal pumpes opp, kun ned. Karbonhåndteringen blir en kommersiell betalingstjeneste åpen for europeiske industrielle utslippere og prosjektet er med på å skape et nytt marked der det i dag knapt finnes tilbud.
– Vi tilbyr transport og lagring av CO2 som en tjeneste. Dette skal vi drive kommersielt og tilby europeisk industri en løsning for sine utslipp, forteller Catalina Acuna, senior CCS geofysiker i Northern Lights (Shell).
Spesialbygde skip skal seile kontinuerlig mellom utslipperne (kundene) i Norge og Europa og Northern Lights’ mottaksterminal ved Naturgassparken ved Øygarden utenfor Bergen. Fra Øygarden sendes den komprimerte CO2-væsken gjennom en rørledning om lag 100 km ut på sokkelen og ned i det dype lageret sørvest for strukturen som utgjør Trollfeltet.
To formasjoner, to forseglinger
Det er nærmere fire år siden Northern Lights boret letebrønnen som bekreftet at lagringsenhetene (reservoarene) i de undre jura Johansen- og Cookformasjonene om lag 2 600 meter under havbunnen var godt egnet for CO2-lagring. Det ble påtruffet til sammen 173 meter sandstein med «god til svært god» reservoarkvalitet som representerer grunnmarine avsetninger.
Denne brønnen, og den andre brønnen som ble boret i 2022, bekreftet dessuten takbergartens eksistens, samt at den er tilstrekkelig kompetent (sterk) for å holde store mengder CO2 på plass.
Acuna og hennes kolleger har brukt mye tid på studier for å kunne forsikre partnerne, kundene, myndighetene og samfunnet om at det kommende CO2-lageret vil kunne holde på drivhusgassen i et evighetsperspektiv. Grundige undergrunnsevalueringer og -studier er et krav i henhold til lagringsforskriftene.
Fra injiseringen starter, vil fokuset være å holde kontroll på at væsken – CO2 i komprimert form – oppfører seg og beveger seg slik som modellene indikerer.
– CO2-væsken skal injiseres i Johansenformasjonen, men vi forventer at den vil migrere inn i den overliggende Cookformasjonen etter en viss tid.
Et tynnere lag av tette silt- og leirsteiner skiller de to formasjonene i et begrenset område. De er imidlertid for det meste i vertikal kommunikasjon, og regnes derfor som ett lager.
Over de to lagringsenhetene ligger forseglingen: 75 meter med homogen skifer kjent som Drakeformasjonen skal holde drivhusgassen i sjakk. Undersøkelsesbrønnen som ble boret i 2020 bekreftet at bergartene over og under Drakeformasjonen ikke er i kommunikasjon. Forseglingen er tett.
Partnerskapet trenger imidlertid ikke å legge all sin lit til denne takbergarten. Høyere opp i lagrekken, over Vikinggruppen der hydrokarbonene i Troll er akkumulert, ligger den regionale bunnkrittflaten (bunnkrittinkonformiteten, BCU) som markerer overgangen fra de sandrike riftavsetningene i jura til de mer finkornede marine sedimentene av kritt alder og yngre.
– BCU representerer vår andre forsegling for CO2-lageret, og selv om det ikke er et krav i lagringsforskriften om flere takbergarter, er den «god å ha». Sannsynligheten for at CO2 trenger gjennom begge takbergartene er svært, svært lav, forsikrer Acuna.
Skal overvåke grensen
Basert på grundige analyser av containment risk, har undergrunnsekspertene i Northern Lights avgjort at risikoen for lekkasjer av CO2 til havbunnen (og atmosfæren) er veldig liten. De er derimot mer oppmerksomme med hensyn på en annen form for uønsket lekkasje.
– Vårt primære mål for overvåkingen av CO2-lageret vil være å sørge for at vi ikke får migrasjon ut av lisensen vår.
Modellen forutsier nemlig at «skyen» av CO2 vil bevege seg sakte i retning naboen i nordøst, Trollfeltet, ettersom Johansen- og Cookformasjonene heller oppover i den retningen. CO2 vil følge de skråstilte lagene grunnet oppdrift. Eventuell migrasjon over lisensgrensen så lenge Troll er i produksjon, er uønsket. Om det likevel skulle skje, vil fortsatt Drakeformasjonen skille CO2-skyen fra Troll-reservoarene høyere opp i lagrekken.
Troll skal etter nåværende plan produsere frem til 2054, og undergrunnslaget i Northern Lights må uansett sørge for at det ikke forekommer migrasjon av mer enn «ubetydelige volumer» av CO2 ut av Aurora-lisensen frem til da.
«Reiseveien» er imidlertid lang, og det kan ta titalls år eller mer før drivhusgassen når lisensgrensen. Underveis vil deler av skyen bli immobil. Noe CO2 vil løses opp i formasjonsvannet, noe vil fanges i små porerom mellom sedimentkornene, og noe vil – over lengre tid – mineraliseres.
For å kunne forutsi hvordan og hvor raskt den injiserte væsken kommer til å bevege seg, har undergrunnsspesialistene i Northern Lights utviklet og kjørt simuleringer. Mange simuleringer.
– Våre modeller for CO2-skyen er basert på dynamiske beregninger som minner om Monte Carlo-simuleringer, det vil si simuleringer som inkluderer mange parametere som brukes i ulike kombinasjoner med hverandre. Resultatet blir en lang rekke mulige utfall, forklarer Acuna.
Resultatene av de nærmere 400 simuleringene har vist at skyen av CO2 sannsynligvis vil holde seg innenfor Aurora-lisensen for de neste 25 årene. I et mindretall av simuleringene (under ti prosent) er det imidlertid simulert at drivhusgassen migrerer inn i Troll-lisensen i løpet av denne perioden.
Dermed er dette et utfall som ikke kan utelukkes. Men det kan håndteres.
– Om vi ser at CO2-skyen følger et scenario som prognostiserer at CO2 vil migrere ut av lisensen vår, er det flere grep vi kan ta, som for eksempel å endre måten vi injiserer på eller flytte injeksjonen fra den operative brønnen til reservebrønnen som ligger dypere og lenger unna lisensgrensen.
Men handling krever kunnskap. Og her kommer planen for overvåking av CO2-lageret inn i bildet.
– Skal vi reagere på CO2-skyens hastighet og retning, må vi kunne se hvor og hvor raskt den beveger seg. Strategien vår er å følge med på dette ved hjelp av både aktiv og passiv seismisk overvåking.
Med aktiv overvåking sikter Acuna til innsamling av seismiske data. Olje- og gasselskapene som opererer på norsk sokkel, er godt kjente med bruk av seismiske data for å overvåke endringer i et reservoar gjennom et felts levetid. Dette er kjent som 4D seismikk og innebærer at det gjøres innsamling av 3D seismikk gjentatte ganger. Ved å sammenlikne de seismiske dataene fra én undersøkelse til neste, kan en for eksempel se hvilke deler av et oljefylt reservoar som har blitt drenert og hvordan kontakten mellom olje og vann har flyttet seg.
Prinsippet er det samme for et CO2-lager, og Equinor overvåker injeksjonen av CO2 ved både Sleipner og Snøhvit på denne måten. Et reservoar som fylles med komprimert CO2, vil «lyse opp» i seismiske data (reflektiviteten øker). Slik kan en se hvor skyen av CO2 tar veien og hvor raskt det skjer, så lenge nye seismiske innsamlinger blir gjennomført med jevne (noen års) mellomrom.
Seismiske data fra Sleipner CO2-lager ble for øvrig tilgjengeliggjort for omverdenen i 2019 gjennom den digitale portalen CO2DataShare (geoforskning.no: Deler CO2-data med omverdenen»)
4D seismikk krever en grunnlinje (baseline) – et bilde av reservoaret før injeksjonene igangsettes. Som en teknisk serviceleverandør til Northern Lights JV, samlet Equinor inn 4D grunnundersøkelsen for EL001-lisensen i mai 2022. Undersøkelsen dekker et område som har blitt nøye vurdert for å trygge utviklingene av både fase 1 og 2, og fungerer dermed som en grunnundersøkelse for begge fasene.
Nye seismiske data skal samles inn med noen års mellomrom etter at injeksjonen ved Aurora har startet. Men hvor ofte bør det gjøres?
– Vi har hatt mange diskusjoner rundt intervallet av fremtidige seismiske innsamlinger. Spørsmålene vi har stilt oss er blant annet hvilken verdi som vil ligge i den seismiske informasjonen ved ulike tidspunkt, og når nye innsamlinger hjelper oss å verifisere eller kalibrere simuleringene våre, forklarer Acuna.
Å samle inn seismiske data noen uker eller måneder etter at injeksjonen har startet, har liten verdi. Et visst volum CO2 må injiseres før en ser merkbare endringer i lageret. Dessuten er det dyrt og tidkrevende å samle og prosessere seismiske data. Flere undersøkelser innenfor korte tidsintervaller er ikke kostnadseffektivt, spesielt for en økonomisk marginal industri som CCS. Tålmodighet må til. Men jo lenger de venter, desto lenger tid tar det før de ser hvorvidt CO2-skyen følger modellene, eller om de må oppdateres.
Etter en viss tid kan retningen og hastigheten av skyen fortelle mye om sannsynlige utfall og viktigst av alt – om drivhusgassen vil kunne krysse lisensgrensen.
– Vi har for eksempel ett scenario i våre modeller som tilsier at hvis CO2-skyen raskt finner veien opp fra Johansenformasjonen til Cookformasjonen, øker det sjansene betydelig for at den vil migrere ut av lisensen raskere enn forventet.
Per i dag planlegger Northern Lights å gjennomføre den første seismiske repetisjonen i 2027.
Den andre repetisjonen skal, som den første, gjennomføres for å bekrefte at CO2-skyen beveger seg i overensstemmelse med modellene, samt for å kalibrere modellene, en prosess kjent som seismic history match.
Samtidig vil det da være økt mulighet for å se om drivhusgassen følger en «base case» eller «fast case». Om den beveger seg raskere enn de fleste simuleringene har forutsagt, må repetisjonen være gjennomført i god tid før skyen når lisensgrensen slik at tiltak (som å flytte injeksjonen til reservebrønnen) kan iverksettes. Per nå er den andre seismiske repetisjonen planlagt i 2031.
Skal lytte etter de minste rystelsene
Seismisk innsamling er en helt essensiell metode for overvåking av CO2-lageret. Men Northern Lights kommer også til å lene seg på andre geofysiske data, inkludert monitorering av passiv seismisitet.
Med seismisitet menes små rystelser i jordskorpen. Slike skjelv kan måles og være med på å tegne et bilde av undergrunnen. Vi skiller mellom naturlige rystelser og induserte (menneskeskapte) rystelser.
– Det er viktig for oss å kunne skille naturlige skjelv fra induserte skjelv, forteller Matthieu Vinchon, CCS reservoir geophysicist i Northern Lights (TotalEnergies).
For å kunne sikre trygg lagring av CO2, er det viktig å kunne ha god oversikt over den naturlige seismisiteten i området, slik at de også bedre kan identifisere induserte rystelser.
Vinchon påpeker at god kontroll på indusert seismisitet er avgjørende for å sikre sosial aksept og lagringskonformitet. Det er mange former for menneskelige aktiviteter som kan skape rystelser, eksempelvis vann- og gassinjeksjon, gruvedrift og utnyttelse av geotermisk energi.
Analyser av registrert seismisitet (skjelv) i Hordaplattform-regionen i den nordlige delen av Nordsjøen (2001-2021), indikerer moderat aktivitet. Disse skjelvene er som regel svært svake, men i mai 2001 ble det registrert et jordskjelv på plattformene over Ekofisk-feltet som hadde en styrke på 4,0 (geoforskning.no: «På jakt etter de minste rystelsene»). Rystelsene varte i om lag ett minutt, men ingen skader, hverken menneskelige eller på infrastruktur, ble rapportert.
Det sterkeste menneskeskapte skjelvet registrert i Skandinavia fant sted i mai 2020 ved LKABs jernmalmgruver i Sverige og hadde en styrke på 4,9 (geoforskning.no: «Sterkeste menneskeskapte skjelv i Skandinavia»).
Men hvordan kan vi egentlig skille mellom naturlige og induserte rystelser?
– Forskjellen mellom naturlige og induserte skjelv ligger kort fortalt i lokalitet og tidspunkt. Hvis vi injiserer en væske og deretter registrerer rystelser i samme område, har vi en årsakssammenheng og kan trekke slutningen om at hendelsen var et indusert skjelv.
– I tillegg kan vi analysere strukturen av de seismiske bølgene (waveform) for å stadfeste opphavet og parametere som hjelper oss å forstå om dette var naturlig eller menneskeskapt.
Det viktigste kunnskapsgrunnlaget er ifølge Vinchon å ha en ordentlig og presis grunnlinje over den naturlige seismisiteten i området.
I henhold til nåværende plan for overvåking skal Northern Lights utnytte infrastrukturen og kompetansen i Norsk Nasjonalt Seismisk Nettverk (NNSN).
– Med dette nettverket kan vi i dag måle seismisitet med en såkalt magnitude of completeness på 1,5, det vil si at vi pålitelig kan måle skjelv med styrker ned mot 1,5. Dette utelukker ikke målinger av svakere skjelv, men de vil være knyttet til mer usikkerhet vedrørende lokalitet og dybde, forklarer geofysikeren.
NEXT 2023
Under konferansen New Energy X Subsurface vil de fremste ekspertene innen blant annet fangst, transport og lagring av CO2 i Norge og internasjonalt samles for å dele resultater, kunnskap og erfaringer.
Bergen, 24. – 26. oktober 2023
NNSN har gjort målinger siden begynnelsen av 1980-tallet. Dette datasettet skal brukes til fulle av Northern Lights, som dermed sitter på en grundig oversikt av seismisiteten som de senere kan bruke som sammenlikningsgrunnlag når de starter injeksjonen.
Vinchon påpeker at Northern Lights jobber med å videreutvikle konseptet for hvordan overvåkingen av seismisiteten skal foregå. En del av dette arbeidet er sluttført og overlevert som en del av prosjektet Seismic Monitoring Network for the Horda Platform Region Project (HNET), som vil resultere i en oppdatert overvåkingsplan for søknaden til Miljødirektoratet senere i 2023.
Prosjektdeltakerne i HNET er Northern Lights JV, Shell, Equinor, TotalEnergies, NORSAR, Universitetet i Bergen og CGG. Målet er forbedret vurdering av naturlig seismisitet i regionen som skal støtte både fase 1 av Northern Lights og andre fremtidige CO2-lagringsprosjekter.
I mai 2020, samme måned som Northern Lights leverte planen for utbygging og drift (PUD), ble en ny seismisk array ytterst på Holsnøy – en knapp times kjøring fra Bergen – satt i drift (geoforskning.no: «På jakt etter de minste rystelsene»). Arrayen, som består av ni seismometre, ble installert spesifikt for å forbedre registreringen av naturlig seismisitet på Hordaplattformen.
Holsnøy-arrayen har allerede bidratt til mer presise målinger av rystelsene på norsk sokkel, og HNET-partnerne undersøker også blant annet hvordan noder og seismometre på havbunnen kan øke kvaliteten av seismisitetsdataene ytterligere.
En iterativ prosess
Northern Lights’ strategi for overvåking av Aurora går ut på å bruke geofysiske metoder som gir optimal oversikt over hva som foregår i CO2-lageret under injeksjonen. Overvåkningen er en iterativ prosess.
– Vår modus operandi er at vi injiserer CO2 i lagringskomplekset, observerer hvordan væsken beveger seg, verifiserer våre egne modeller og eventuelt oppdaterer dem om observasjonene ikke er konforme, oppsummerer Acuna.
Hun forteller at de foruten den aktive og passive seismiske overvåkingen også vil samle verdifull informasjon fra selve brønnene. De er nemlig utstyrt med instrumenter som registrerer trykk og temperatur i sanntid. Også slike data vil komme godt med for å gi et bilde av CO2-lagerets «ve og vel».
Med grundig overvåkningsinfrastruktur og en fremoverlent holdning om å hele tiden ønske å oppdatere/forbedre modellene, vil Northern Lights også oppdatere forventet lagringskapasitet og om nødvendig, injeksjons- og overvåkingsstrategien gjennom hele prosjektets levetid.
Aurora representerer det første kommersielle CO2-lageret på norsk sokkel og i Nordsjøen, og det første som blir kontinuerlig overvåket. Teknologi- og kompetanseutviklingen som drives av Northern Lights knyttet til injeksjon og overvåking vil utvilsomt bli nyttig også for fremtidige CCS-prosjekter.
Samtidig nyter selskapet godt av at Norge allerede har nærmere 30 års erfaring med lagring av CO2, et faktum som også bekrefter hva Northern Lights forteller oss – drivhusgassen kan lagres trygt «for evigheten» dypt under havets bunn.
Fra statsstøtte til kommersiell drift
Det kommende CO2-lageret omtales som kommersielt, men den første fasen av Northern Lights har riktignok blitt betydelig subsidiert. Gjennom prosjektet Langskip har regjeringen sørget for å få ballen til å rulle i alle deler av verdikjeden for CCS.
Per 2022 beløper satsingen seg til ca. 27 milliarder kroner (statens andel er om lag 18 milliarder kroner). Av dette kan Northern Lights bli støttet med opptil 11 milliarder kroner (utviklingen av fase 1 og delvis subsidiering av driftskostnader for fase 1). Eventuelt overskudd fra driften vil imidlertid redusere/fjerne subsidiene og kan potensielt utløse betalinger fra Northern Lights JV til staten.
Argumentet for regjeringens storstilte initiativ har vært en variant av den klassiske høna-og-egget-problemstillingen:
Hvorfor skal industribedrifter være villige til å utvikle teknologier og investere store summer i infrastruktur for fangst av CO2 om de ikke har noe sted å gjøre av gassen? Og hvilke (olje)selskaper skulle være villig til å investere (titalls) milliarder kroner i å utvikle en infrastruktur for lagring av CO2 om det ikke finnes noen som har CO2 å «selge»?
Ved å finansiere utviklingen av både lagring og fangst – tilbud og etterspørsel, har regjeringen bidratt til å akselerere utviklingen av en ny forretningsmodell og industri på norsk sokkel. Midlene går, foruten til Northern Lights, til finansiering av CO2-fangstanlegg ved Hafslund Oslo Celsios avfallsforbrenningsanlegg på Klemetsrud i Oslo og ved Heidelberg Materials sementfabrikk i Brevik. De skal til sammen levere om lag 800 000 tonn CO2 per år.
Northern Lights har ambisjoner om en videre utvikling av fasilitetene og lagringskapasiteten. En slik videreutvikling vil være en ren kommersiell satsing som avhenger av et marked og nye kunder slik at kapasiteten kan fylles. I årsrapporten for 2022 påpeker selskapet at de har identifisert utslipp på nærmere 320 millioner tonn CO2 per år i Europa fra industri der utslippskutt er utfordrende (som stål, sement, avfallsforbrenning og petrokjemi).
Northern Lights har tidligere uttalt at de har vært eller er i dialog med mer enn 100 utslippere i Europa, og har signert fortrolighetsavtaler med flere titalls av disse. I 2022 inngikk de en avtale med Yara vedrørende transport og lagring av 800 000 tonn CO2 per år fra Yaras gjødselsfabrikk i Sluiskil i Nederland. Sammen med de avtalte volumene fra Norge (Hafslund Oslo Celsio og Heidelberg Materials), dekker Yara-avtalen kapasiteten for fase 1.
I mai 2023 kom avtalen mellom Northern Lights og Ørsted vedrørende transport og lagring av drøyt 400 000 tonn CO2 per år fra to kraftverk i Danmark.
Det har for øvrig vært en betydelig interesse for å utvikle nye CCS-prosjekter på norsk sokkel. Olje- og Energidepartementet har så langt lyst ut nye arealer for CO2-lagring i fire omganger. I den seneste utlysningen i 2023 søkte fem selskaper om arealer, og fire av dem fikk innvilget tilbud.