Porøse sandsteinsformasjoner gir sikker lagring

– Vi har så store ressurser av olje, gass og kull på Jorden at fossile brensler vil være dominerende energikilder i mange hundre år fremover. Derfor må vi påregne utslipp av karbondioksid til atmosfæren som er mye større enn i dag – og over lang tid – hvis vi ikke straks tar affære.

Forsker Erik Lindeberg i SINTEF Petroleumsforskning har regnet på hvor store utslipp vi kan forvente hvis all verdens fossile energi blir utnyttet og CO₂-gassen deretter pøst ut i atmosfæren. Regnestykket er, som vi forstår, ikke oppløftende.

– De gode nyhetene er at vi har lagerkapasitet i sandsteinslag på norsk sokkel for all den CO₂-gassen som Nord-Europa vil produsere de nærmeste hundre år. Det er Statoils prosjekt med å injisere CO₂ på Sleipner-feltet inn i den vannfylte Utsira-formasjonen på Sleipner-feltet, samt reservoargeologiske beregninger gjort på midtnorsk sokkel, som forteller oss dette, supplerer forsker Reidulv Bøe ved Norges geologiske undersøkelse (NGU).

Igangsatte prosjekter

CO₂-gass kan i hovedsak lagres på tre forskjellige måter: i olje- og gassreservoarer, i saltvannsreservoarer og i kull-lag. På norsk sokkel er det bare de to første metodene som har vært diskutert så langt. Vi skal likevel ikke glemme at det faktisk finns tykke kull-lag på norsk sokkel som en gang i fremtiden kan bli en ressurs (GEO 06/2005).

Lagring av CO₂ i saltvannsreservoarer foregår så langt bare på tre steder i verden. Statoil er involvert i to av disse: Sleipner-feltet i Nordsjøen og In Salah-feltet i Algerie. To prosjekter er i tillegg snart ferdigstilt, Snøhvit-feltet i Barentshavet (med Statoil som operatør) og Gorgon-feltet utenfor Nordvest-Australia. Når alle disse er i drift, vil de totale mengdene med CO₂ som injiseres for permanent lagring være i størrelsesorden fem-seks millioner tonn per år. Eller bare en tiendedel av Danmarks samlede utslipp per år av klimagassen, noe som til fulle demonstrerer at vi bare befinner oss i forsøksfasen for lagring. Det er en lang vei å gå før vi snakker om å lagre volumer som har noen reell innflytelse på CO₂-budsjettet.

Å injisere CO₂ inn i et saltvannsreservoar innebærer ingen tekniske nyvinninger. Det brukes kjent teknologi fra olje- og gassproduksjon. Derimot er det investert store summer for å forstå hvordan den injiserte gassen oppfører seg i reservoaret og i metoder for å måle hvordan den beveger seg, både bortover og oppover. Mye av denne forskningen er basert på EU-midler.

– Under de trykk- og temperaturbetingelser vi har på norske sokkel må CO₂-gassen lagres under 800 m. Dette er det dypet hvor gassen når en temperatur og et trykk slik at den begynner å oppføre seg som en væske. Væsken er lettere enn vann (0,5 – 0,8 g/cm³) og vil flyte oppover i saltvannsreservoaret. Derfor er det nødvendig at det er dekket av en tett takbergart slik at det ikke oppstår lekkasjer. På norsk sokkel vil denne takbergarten være skifer. Væsken vil likevel forflytte seg sidelengs hvis det ikke finns fysiske barrierer, og dette må vi ta hensyn til i beregningene våre, sier Bøe.

– Gjennom tusener av år vil CO₂ løses opp i saltvannet. Vannet blir da tyngre, det vil etter hvert synke ned, og faren for lekkasje forsvinner. Det vil også oppstå reaksjoner mellom gassen og bergartene, og over millioner av år vil noe av gassen bli omdannet til karbonatmineraler. Disse reaksjonene bidrar sammen til at lagring i saltvannsreservoarer kan være en sikker metode, forklarer Lindeberg. Gjennom et fem år langt forskningsprosjekt har han simulert injeksjon av CO₂ ned i Utsiraformasjonen og studert reservoarenes evne til å holde på gassen over tid. Konklusjonen er at gassen over tusener av år blir tatt opp i formasjonsvannet. Lagring i sandsteinsreservoarer på norsk sokkel ser ut til å være sikkert.

Sleipner

I Sleipner inneholder naturgassen opp mot ti prosent CO₂. Før den selges til kunder i England, er det derfor nødvendig å redusere innholdet til under 2,5 prosent. Den norske regjeringen innførte i 1991 en CO₂-avgift (40 dollar per tonn) på sokkelen. Med det som insitament begynte Statoil å se på muligheten for å injisere gassen i en yngre (tertiær alder) og grunnere formasjon enn det egentlige gassreservoaret (jura alder), i stedet for å slippe den ut i atmosfæren. Og da produksjonen på Sleipner startet i 1996, hadde operatøren installert et anlegg for å skille ut CO₂-gassen og pumpe den inn i Utsiraformasjonen. I de ti årene som har gått har omtrent ti millioner tonn CO₂ blitt injisert. Miljøet er spart for en del utslipp, og for lisenshaverne har prosjektet vært svært lønnsomt. Kostnadene ved utskilling og injeksjon har nemlig vært mye lavere enn miljøavgiften.

Lagringspotensialet

Det første kriteriet for å lagre CO₂-gassen er at det finns reservoarer. Gjennom 150 år med oljeleting har vi en god oversikt over verdens sedimentbassenger og hvor det kan finnes olje og gass. Ingen har imidlertid drevet systematisk kartlegging av saltvannsreservoarer. Geologenes forståelse av undergrunnen gir like fullt grunn til å tro at det er gode muligheter for slik lagring.

Beregninger gjort av IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)(Carbon Dioxide Capture and Storage, IPCC, 2005.) viser at det høyst sannsynlig er nok lagringsplass i verden for de mengdene med CO₂ som kan bli fanget gjennom kommende århundrer. Mens det kan bli fanget et sted mellom 200 og 2000 Gt (Gt = Gigatonn = 10⁹ tonn = 1 milliard tonn) CO₂, er potensialet for lagring kanskje så høyt som 10.000 Gt, heter det i rapporten fra IPCC.

Bøe forteller at det er en del geologiske forutseninger knyttet til lagring. – Bergartene må ha tilstrekkelig porøsitet og permeabilitet, de må befinne seg på stort nok dyp (mer enn ca. 800 m under havoverflaten) slik at gassen kan lagres i tett fase, formasjonene må være vannmettede og ha stort volum (båe utbredelse og tykkelse), over reservoaret må det ligge tette takbergarter for å hindre at gassen lekker ut, samt at deponeringsområdet må være stabilt uten store jordskjelv.

– Det er ikke vanskelig å finne områder på norsk sokkel hvor disse kriteriene er oppfylt, mener Reidulv Bøe. Det har han belegg for å si, for NGU og SINTEF har med finansiering fra EU kartlagt mulighetene for å lagre CO₂ på norsk sokkel utenfor Midt-Norge og i Utsiraformasjonen.

– Beregninger vi har gjort har vist at lagringspotensialet på norsk kontinentalsokkel er i underkant av 300 Gt. Lagringspotensialet er framkommet ved teoretiske beregninger. Mangel på praktiske forsøk gjør at det likevel fortsatt er stor usikkerhet knyttet til lagringspotensialet i saltvannsreservoarer, sier Bøe.

Lageret er bygget

– Vi har gjort detaljerte studier av tre mulige områder utenfor Midt-norge: Beitstadfjordbassenget innerst i Trondheimsfjorden, Frohavbassenget nordøst for Hitra og Frobassenget på Trøndelagsplattformen.

– Konklusjonen vår er veldig grei, fremholder Bøe. – Det er bare på Trøndelagsplattformen at det er mulig å lagre CO₂ i store kvanta uten at det er stor risiko knyttet til lekkasjer. Her er det et stort sedimentbasseng med jura sandsteiner som har gode reservoaregenskaper og er dekket av tette skifere, forteller Bøe.

– Vi har gjort simuleringer som bekrefter at det ikke vil lekke fra disse reservoarene, bekrefter Lindeberg. Vi har bl.a. simulert injisering av 100 millioner tonn CO₂ (fem ganger mer enn det som totalt vil bli injisert under Sleipner-feltet), og slike mengder vil ikke lekke ut i løpet av 5000 år.

Potensialet for lagring kan være flere 1000 millioner tonn, mener Bøe. En nøye gjennomgang av de seismiske dataene leder ham til å tro at det heller ikke vil være fare for lekkasjer langs forkastningsplan eller sprekker i undergrunnen.

– Det er likevel nødvendig a gjøre mer nøyaktig kartlegging basert på mer data før det er snakk om å benytte reservoarbergarter i dette området som et fremtidig lager, mener begge forskerne.

Lindeberg er enig med Bøe om at det ikke vil være mangel på lagerkapasitet. – Bare i Europa har vi kapasitet til å lagre minst 800 Gt CO₂ i saltvannsreservoarer (til sammenligning er menneskenes totale utslipp per år ”bare” 25 Gt per år), påpeker han. Lagringsplass er derfor ikke en begrensende faktor.

Vil ha laboratorium

Lindeberg er mer bekymret for om disse reservoarene faktisk er tette og klarer å holde på gassen. – Derfor er det nødvendig å monitorere lagringen nøye ved hjelp av geofysiske metoder. Dette har vi gjort i stor detalj i Utsiraformasjonen hvor gassen fra Sleipner-feltet lagres. Men det er likevel vanskelig å sannsynliggjøre at den er tett, mener han.

– Å bevise at et reservoar er tett er en ny form for geologi, påpeker Lindeberg. Derfor er dette den første gangen at seismikk blir brukt på denne måten (se Forskningssidene side 54-55).

– Det arbeidet vi gjør i Utsiraformasjonen bærer preg av at det styres av produksjonen på Sleipner og at det er kommet i gang pga. økonomiske insitamenter fra regjeringen. Det er viktig å forstå at vi her ikke snakker om et laboratorium under havbunnen.

– For å bli flinkere til å forstå om saltvannsreservoarene lekker, har vi planer om å lage et feltlaboratorium på land. Her skal vi registrere nøye hva som skjer med gassen, og om nødvendig kan vi også komme til å utvikle ny teknologi for å bli bedre på monitorering. Vi har plukket ut to aktuelle steder, og de første hullene vil bli boret allerede i år for å karakterisere reservoarene. Neste år vil vi injisere CO₂ og starte registreringene, forklarer Lindeberg som har i tankene et treårs prosjekt.

Lindeberg håper å få med industrien, både oljeselskaper og leverandørindustrien. – Både penger og utstyr er interessant, sier han.

Ferdig til bruk

– CO₂ kan også injiseres i olje- og gassreservoarer. På den måten kan produksjonen øke. Fordi reservoarene har bevist sin evne til å holde på fluidene, kan vi også se på dem som sikre lagringsplasser. Det er ytterst liten sjanse for at de vil lekke, sier Lindeberg. Men kapasiteten som olje- og gassreservoarene gir er liten. I Europa er den under fem prosent av kapasiteten til saltvannsreservoarer.

– På norsk sokkel har vi regnet ut at lagerkapasiteten i petroleumsreservoarene er ca. 15 Gt, supplerer Reidulv Bøe. – Det holder lenge for våre egne utslipp av gassen som er ca. 45 millioner tonn per år, men dette monner ikke hvis vi skal dekke Europas behov i årene fremover. 15 Gt tilsvarer for eksempel bare halvparten av verdens årlige CO2-utslipp.

– Den største fordelen med olje- og gassreservoarer er at de er godt undersøkt, og at de derfor kan taes i bruk raskt, avslutter Erik Lindeberg.