Til indhold

Vi kan permanent lagre CO₂ – og potentialet er gigantisk

DM BIO co2 lagring Geus
Grundprincipperne er, at CO₂ indfanges ved kilderne, komprimeres og transporteres med skib eller i rørledning til et egnet reservoir. Den pumpes ned i reservoiret, til det er fyldt, og brønden forsegles. © GEUS
Af Maj Wendoff, statsgeolog og Peter Frykman, geolog og seniorforsker, begge GEUS

Det er muligt at lagre adskillige mio. ton CO₂ i den danske undergrund – det handler kun om at færdiggøre arbejdet med at kortlægge arealerne mere præcist og analysere de egnede lag.

På en mark står et diskret arkitekttegnet skur. Gennem panoramaruderne ser man et blåmalet stålrør komme op af jorden. Grønne lamper og trykmålere lyser svagt op. På røret står der ’CO₂’.

Dette syn bliver nok muligt at se inden for de nærmeste år, når vi skal til at lagre CO₂ i undergrunden. Det blå rør vil føre CO₂ ned i 1-2 km dybde – i porøse sandlag, hvor vi er sikre på, at den vil blive liggende i lang tid.

Oplagring af CO₂ i undergrunden

At oplagre CO₂ i undergrunden er et element i vores bestræbelser på at sænke udledninger og indholdet af CO₂ i atmosfæren, hvor det virker som en klimagas og skaber drivhuseffekten, som forårsager den fremadskridende globale opvarmning (se tegning).

Vi ved allerede nok til at kunne sige, at det er muligt at lagre adskillige mio. ton CO₂ i den danske undergrund de kommende år.

Så det er kun et spørgsmål om at færdiggøre det store arbejde med at kortlægge mere præcist og analysere de egnede lag i undergrunden, hvor CO₂ skal pumpes ned.

Supertæt gas

CO₂ er et fascinerede molekyle. Nedkølet til under minus 78,5 grader er det velkendt som tøris. Hvis det er varmere, og trykket er mere end 5,1 atmosfære, kan det være flydende, men her på Jordens overflade kender vi det mest som en usynlig gas, der naturligt er i atmosfæren med ca. 440 ppm (milliontedele).

Men det kan også optræde som det, der kaldes supertæt gas, hvis tryk og temperatur er over en vis tærskel.

Hvis vi kunne overleve det tryk og den temperatur, der er 1,5 km nede i jordskorpen, og kunne hælde CO₂ i et glas, ville vi kunne mærke, at det kunne skvulpes rundt. Men vi ville ikke kunne se det, fordi det er en gas.

Imidlertid ville gassen have en densitet ca. som olivenolie og derfor føles tung, idet den er komprimeret ca. 300 gange i forhold til på jordoverfladen. Derfor kalder vi den under de forhold en supertæt gas.

Lagring i dybden er yderst effektiv

Dette forhold betyder også, at lagring i disse dybder er yderst effektivt, og at store voluminer kan pumpes ned i lagene i undergrunden.

I Norge har man ved Sleipner gasfeltet udskilt CO₂ fra naturgassen siden 1996 og foreløbig pumpet i alt 20 mio. ton ned i sandlag uden for gasfeltet.

Er der plads i den danske undergrund?

GEUS har i lang tid været engageret i at kortlægge, om der er plads i den danske undergrund til al den CO₂, vi ønsker at komme af med.

Helt tilbage i 2003 beregnede vi, hvorledes der kunne lagres 100 mio. ton i et udtømt felt i Nordsøen.

Siden da har GEUS deltaget i adskillige projekter, bl.a. støttet af EU-programmer, som har set på kapaciteten og metoderne til at lagre CO₂ i egnede strukturer og sandlag i den danske undergrund.

Resultaterne er publicerede og dokumenterer, at der synes at være kapacitet til at lagre de tilgængelige danske udledninger i adskillige hundrede år.

Danmark er usædvanlig heldigt stillet rent geologisk ved at have indtil flere lagpakker i vores undergrund, der har kvaliteter til at udgøre CO₂-lagre.

De egnede sandlag i undergrunden er som alle lag under grundvandszonen fyldt med saltvand – ofte mere koncentreret end havvand.

Sandlagene kan ofte have porøsiteter på 20-30 pct., så der er et stort porevolumen, der kan fyldes med CO₂.

Det betyder naturligvis, at saltvandet skal skubbes væk, men da det er så enormt store voluminer, og både vand og sandsten er en smule elastiske, er det muligt at flytte vandet, uden at der opstår alt for store overtryk.

Sikkerhedshensyn

Det er naturligvis ønskværdigt af sikkerhedshensyn at begrænse det overtryk, der opstår, men det er heldigvis relativt simpelt at holde øje med trykket og regulere injektionsraten, så sikkerhedsgrænserne ikke overskrides.

Ligesom for olie- og gasproduktion i Nordsøen er der jo et superudviklet regelsæt, der skal overholdes, når der skal bores boringer og produceres/injiceres i undergrunden.

Dette regelsæt er videreudviklet for at tage hensyn til forholdene for CO₂ og er nøje beskrevet i EU-direktiver samt i vores nationale lovgivning for undergrundens udnyttelse.

Hvor er der plads?

Danmark er usædvanlig heldigt stillet rent geologisk ved at have indtil flere lagpakker i vores undergrund, der har kvaliteter til at udgøre CO₂-lagre.

Vores beliggenhed fra nu og langt tilbage i geologisk tid her på kanten af det skandinaviske grundfjeldsskjold gør, at der er dannet flere sandformationer (lag) som følge af floder, strandzoner og lavvandede områder, hvor sand er aflejret i flere geologiske perioder.

Der er kortlagt tre vigtige sandformationer under det danske landområde og nærmeste kystområde, således at stort set hele Danmark har adgang til et eller flere af disse sandlag.

Takket være boringer og seismiske undersøgelser fra de tidlige eftersøgninger efter olie på land, der mest fandt sted i 50’erne, er der data og borekernemateriale, som kan undersøges for egenskaber og kvalitet som lagringsmedie.

Andre lagerprojekter på vej

Norges har succes med at lagre CO₂ under Nordsøen (projekterne Sleipner og Snøvit) og det nyeste storskala projekt ’Northern Lights’, som er under udvikling til at modtage CO₂ fra alle, der vil betale for at komme af med noget.

Inspireret af det er der også dansk interesse for at udvikle lagerprojekter i forbindelse med de udtjente olie- og gasfelter i den danske Nordsø.

Selskaberne Ineos og Total Energies er i gang med at opbygge koncepter omkring deres Greensand og Bifrost lagerprojekter, og de ser frem til, at disse kan blive kommercielle, permanente opholdsrum for CO₂ ligesom det nævnte norske eksempel.

Er det sikkert med et lager i undergrunden?

Som nævnt er der et udviklet regelsæt for, hvorledes man skal forberede, udvikle og frem for alt overvåge et CO₂-lager. Først og fremmest kræves det, at der er et forseglende lag ovenpå de lag, hvor CO₂ skal pumpes ned.

Det udgøres i Danmark af et tykt lerlag fra en bestemt geologisk formation, der blev aflejret som mudder på relativt dybt vand, men som nu er kompakteret til en meget tæt bjergart.

Under forberedelserne skal man selvfølgelig kortlægge eventuelle risikofaktorer – både geologiske og tekniske forhold.

Det kan dreje sig om eksisterende gamle boringer, der skal undersøges og måske yderligere sikres mod at blive genveje til overfladen. Hvis der er forkastninger i undergrunden, skal de vurderes for, om de er stabile og tætte, eller om de kan tænkes at udgøre migrationsveje for CO₂ fra lageret.

Joule-Thomson-effekten

Det er dog ofte vanskeligt at forestille sig, at der kan komme større mængder CO₂ pludseligt op til overfladen fra 1,5 km dybde, uden at man er forberedt og dermed kan imødegå et evt. udslip.

En teknisk detalje, der vil gøre visse udslip selvlukkende, er den såkaldte Joule-Thomson-effekt, hvor CO₂, der oplever trykfaldet nær overfladen, vil ekspandere kraftigt og derved opnå så lave temperaturer, at der dannes tøris, som fryser og lukker for udslippet.

Ganske vist vil det tø op efter et stykke tid, men det giver dog en begrænsning i de mængder, der på en gang kan undslippe.

Heldigvis kan CO₂ ikke brænde eller eksplodere og på den måde gøre skade.

Kapillærfangst, opløsning og kemisk binding

I det lange tidsperspektiv er det naturligvis også vigtigt, at den lagrede CO₂ er fanget i undergrunden – og måske endda ligefrem er blevet immobil, så der ikke er frie mængder, der kan vandre uønskede steder hen.

Vi kender de forskellige fangstmekanismer, som kan fastholde CO₂ permanent: nemlig kapillærfangst, opløsning og kemisk binding. De holder på hver sin måde CO₂ fast, så det ikke kan flytte sig.

En konceptuel beskrivelse af disse mekanismer over 10.000 år er publiceret og er meget citeret i studier af langtidsudvikling af CO₂-lagre. Det er det såkaldte Benson-plot, som viser fordelingen af CO₂-binding over lange tidsrum.

Når CO₂ pumpes ned i et underjordisk sandstenslag, vil det begynde at stige opad, fordi det er lettere end det saltvand, der ligger mellem sandkornene. CO₂’en stiger opad gennem porerummene, indtil den når det forseglende lag af fx lersten, hvor den begynder at samle sig og fortrænge vandet oppefra og ned, indtil nedpumpningen stoppes (1). Nogle porerum er så små og snævre, at CO₂-boblerne ikke kan komme igennem og ender i en blindgyde. På vej mod reservoirets top, bliver en del af CO₂’en fanget på den måde. Når der ikke længere pumpes ny CO₂ ned, vil der i området omkring røret med tiden kun være den CO₂ tilbage, som sidder fanget i de små porerum. Resten har samlet sig i toppen (2). Nede i reservoiret møder CO₂’en med det samme vandet i porerummene, og en del vil blive opløst i vandet. Vand har dog en begrænset kapacitet til opløsning af CO₂, men fordi det opløste CO₂ gør vandet en smule tungere, synker det langsomt mod bunden af reservoiret (3). Den opløste CO₂ kan reagere med visse mineraler i reservoirbjergarten, så der dannes nye mineraler. På den måde bliver en del af CO₂’en med tiden til en fast del af reservoiret (4).

Hvornår går vi i gang?

Alt for mange aspekter har indflydelse på tidsplanen, hvis man er utålmodig med at komme af med nogle af vores store CO₂-emissioner:

  • Tekniske og geologiske aspekter skal undersøges
  • Økonomien er kritisk
  • Godkendelsesprocedurerne kan være langvarige
  • Hvem har bygget anlæg, der kan fange tilstrækkelige mængder CO₂?
  • Hvordan skal CO₂ transporteres fra fangstanlæg til skuret på marken, hvor det skal pumpes ned igennem det blå rør?

Selv om listen virker lang, så synes der at være stigende accept blandt befolkningen og også politisk drivkraft, som flytter alle emnerne fremad.

Hvis vi får delene i værdikæden fangst-transport-lagring synkroniseret, er vi godt på vej til at få gavn af det store lager, vi ved, ligger under vores fødder.

Kilde

Benson, S.M.; Cook, P. et al. (2005): Underground Geological Storage, IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, Chapter 5. Cambridge University Press, Cambridge, U.K., and New York.

Læs mere i Momentum+

Artiklen blev bragt i Momentum+ nr. 2, 2022 i temanummeret: Drivhusgassernes gordiske knude

Læs hele magasinet som pdf
Momentum nr. 2 2022
DM BIO co2 lagring Geus
Grundprincipperne er, at CO₂ indfanges ved kilderne, komprimeres og transporteres med skib eller i rørledning til et egnet reservoir. Den pumpes ned i reservoiret, til det er fyldt, og brønden forsegles. © GEUS