Noder på havbunnen (røde sirkler) kan overvåke trykk og CO2-metning i et reservoar. Nodene kan gi ytterligere relevant informasjon ved å registrere havbunnsheving og mikroseismiske hendelser. Kilde: SPARSE
Denne saken ble først publisert i 2024.
Både i Norge og internasjonalt snakkes det stadig oftere om gigatonn-utfordringen.
Om fangst og lagring av CO2 (CCS) skal bidra til at vi når våre klimamål, må den globale kapasiteten oppskaleres betydelig – til gigatonn (milliarder tonn). For eksempel har Det internasjonale energibyrået (IEA) anslått at dagens kapasitet må mer enn hundredobles (til 5,9 milliarder tonn CO2 per år) for å kunne nå visjonen om nullutslipp i 2050.
Norge er i en unik posisjon til å bli en stor tilbyder av «lagringsplass» på sokkelen. Vi har mange års erfaring med CO2-lagring, og vi har demonstrert at vi besitter teknologien som skal til. Den politiske viljen er til stede, og vi ser også at stadig flere selskaper viser interesse gjennom å anskaffe lisenser og modne frem prosjekter (geo365.no: «Veikartet for norsk CCS»).
Likevel er utfordringen formidabel. Kapasiteten må økes mye og raskt, og det er uvisst om og hvordan CCS skal bli en robust og lønnsom forretningsmodell. For oljeselskapene er det imidlertid helt sikkert at lønnsomheten vil bli langt lavere for CO2-molekylene enn den er for de fossile, energibærende molekylene.
– Vi skal bidra til å gjøre gigatonnlagring rimeligere og dermed mer gjennomførbart, forteller Michael Jordan, seniorforsker i SINTEF.
Han er koordinator for SPARSE (Sparse Passive-Active Reservoir monitoring using Seismic, Electromagnetics, gravity and surface deformation), et internasjonalt forskningsprosjekt ledet av SINTEF som skal utvikle nye metoder for overvåking av CO2-reservoarer.
Det kan bidra til å redusere kostnadene for kommende CCS-prosjekter. Jordan forteller nemlig at eksisterende metoder for overvåking er dyrt. Årsaken er at de primært er basert på gjentakende innhenting av 3D seismikk og fordi overvåkingen må fortsette i lang tid etter at et lagringsprosjekt har avsluttet injiseringen.
Deltakerne i SPARSE jobber derfor med å utvikle nye løsninger for hvordan reservoarene kan langtidsmonitoreres til lavere kostnader. Løsningene skal være basert på eksisterende, tilgjengelig teknologi, og vil inkludere ulike former for fysiske målinger som seismikk, elektromagnetisme, gravitasjonsmålinger og deformasjon av havbunnen.
Må ha kontroll på reservoaret
– Det er i all hovedsak to grunner til at CO2-lagre må overvåkes, forteller Peder Eliasson, seniorforsker i SINTEF og prosjektleder i SPARSE.
For det første er overvåking et krav fra myndighetene. I Norge er kravene nedfelt i CO2-lagringsforskriften. EU har tilsvarende direktiver. Kort fortalt skal kravene sikre at operatørene kan overvåke at den injiserte gassen oppfører seg i tråd med forventningene fra forhåndsmodelleringen, og at de har en plan for overvåkningen. Ikke minst skal kravene sikre at CO2 blir lagret trygt for «evigheten».
For det andre er overvåking essensielt for operatørene selv, påpeker Eliasson. De ønsker en forutsigbar driftsperiode, og kan ikke tillate lekkasjer eller at noe ikke går som planlagt slik at prosjektet må stoppes. Overvåkingen lar også operatørene demonstrere ovenfor myndigheter og allmennheten at prosjektet er trygt og at de har kontroll.
Som nevnt er dagens teknologi for overvåking av CO2-lagre primært basert på bruken av 3D seismikk, i kombinasjon med andre geofysiske metoder som elektromagnetiske målinger (CSEM) eller gravitasjon. Disse målingene avslører hvor «skyen» av CO2 befinner seg og beveger seg i undergrunnen.
– Dette er verktøy som er utviklet av olje- og gassindustrien. De er sofistikerte, og de fungerer godt. Likevel passer de ikke for CCS-bransjen, som har en annen forretningsmodell, fremholder Jordan.
I motsetning til petroleum, vil ikke CO2-lagring bli en bransje med høye profittmarginer. Å holde kostnadene i sjakk, vil være alfa og omega. En annen ting som skiller de to bransjene, er at for CCS-prosjekter må datainnsamlingen, altså overvåkingen, fortsette lenge etter at prosjektet (injiseringen) er avsluttet og inntektene har stoppet.
Operatørene på norsk sokkel kan forvente krav om at de må overvåke reservoarene i opptil 20 år etter at lageret er fylt. Etter det er det ikke utenkelig at myndighetene selv vil ønske å fortsette overvåkingen videre.
Noder kan erstatte tradisjonell seismikk
– I SPARSE ser vi på småskalaløsninger for hvordan vi kan bruke verktøyene vi har til rådighet mer effektivt og rimelig. Vi mener sparsommelig utplassering av noder på havbunnen kan redusere eller erstatte bruken av 3D seismikk og fortsatt gi oss de dataene vi trenger, hevder Eliasson.
Eliasson og Jordan ser for seg at ett sett med noder kan brukes gjennom hele levetiden til et CCS-prosjekt, riktignok med noen runder med vedlikehold og eventuelle utbyttinger. Men ettersom et nodebatteri kun kan levere elektrisitet i et fåtalls dager, må forskerne også løse utfordringen med kraftforsyning. Tilkobling til en bøye i havoverflaten er én mulig løsning. Høsting av energi fra bølger er en annen.
I utgangspunktet skal alle nodene kunne fungere både som kilder og mottakere, men tanken er at noen av dem kun trenger å benyttes som sistnevnte. Nodene som belager seg på passive målinger kan enten registrere refleksjoner fra dypet (fra de nodene som fungerer som kilde), eller de kan måle naturlige mikroskopiske rystelser i og rundt reservoaret. Noder som kun brukes passivt vil ha lavere strømforbruk.
Skal måle CO2-utbredelse og trykk
Det er antatt at nodene, strategisk utplassert, skal kunne være i stand til å holde øye med både den injiserte CO2-gassen i reservoaret, samt den tilhørende trykkøkningen (pressure plume) som beveger seg raskere og påvirker et større volum av reservoaret enn selve drivhusgassen.
Jordan påpeker at nodebasert overvåking kan bli en rimeligere løsning enn tradisjonell seismikk, selv i de tilfeller hvor nodene alene ikke alltid er nok.
– Så lenge nodene forteller operatøren at «skyen» av CO2 og trykket i reservoaret utvikler seg i tråd med modellene, vil det ikke være behov for ytterligere målinger. Om noe skulle utvikle seg annerledes i reservoaret enn hva modellene har forutsett, kan nodene fortelle hvor så er tilfellet, og operatøren vil da gjøre stedsspesifikke undersøkelser av seismikk og andre geofysiske målinger som CSEM, gravitasjon og overflatedeformasjon. Det vil koste mindre enn undersøkelser som må dekke hele CCS-lisensen.
Men hva mener forskerne med sparsommelig og strategisk utplassering av noder? Hvordan skal oppsettet av noder på havbunnen se ut, og hvor mange behøves?
– Layouten vil være stedsspesifikk og variere fra prosjekt til prosjekt. Vi forsøker å kvantifisere verdien av informasjon og sammenlikne med kostnaden ved å samle den inn. Antallet noder, og deres posisjon, må optimaliseres slik at kost/nytte-forholdet blir best mulig, forklarer Eliasson.
Prosjektdeltakerne er uansett tydelige på at bruken av noder skal være «sparse»- sparsommelig. Det er denne hensikten som har gitt navn til prosjektet. SPARSE-deltakerne har ikke som mål utvikle en «nøkkelklar» løsning for hvordan nodeoppsettet på havbunnen bør se ut, men de skal utvikle en bestemt arbeidsflyt (workflow) for hvordan operatørene kan regne seg frem til optimalt oppsett for sine respektive lisenser.
– På generelt grunnlag er målet å bruke så få noder som mulig. Optimal løsning vil vanligvis ikke være å lage en sirkulær formasjon rundt injeksjonsbrønnen, for CO2-skyen beveger seg sjeldent likt i alle retninger. De må plasseres slik at de kan følge den injiserte CO2-gassen i den retningen det er modellert at den vil bevege seg, påpeker Jordan.
– Men det kan være vel så viktig å sette ut noder i områder der operatøren ikke ønsker at skyen skal gå, for eksempel mot en stor forkastning, en lisensgrense eller et olje- eller gassfelt som enten er i drift eller der det tidligere har blitt boret brønner.
Sistnevnte problemstilling er en potensiell hendelse som undergrunnsekspertene i Northern Lights har jobbet mye med. Det er antatt – og modellert – at CO2 som injiseres i Aurora-lisensen etter et visst antall år vil krysse lisensgrensen mot Trollfeltet. Hvor raskt dette skjer, vil bli nøye fulgt med på (geo365.no: «Lover trygg lagring av CO2»). Planen er at det ikke skal skje så lenge Troll er i produksjon.
Et autonomt system
Sentralt i arbeidet med å redusere fremtidige overvåkingskostnader er også målet om høyest mulig grad av automatisering. Om et gitt prosjekt på norsk sokkel skal overvåkes i 20 år – eller lenger – etter at injiseringen er avsluttet, er det ønskelig at systemet i størst mulig grad kan operere autonomt med begrenset behov for menneskelig assistanse.
SPARSE-forskerne jobber derfor med å utvikle konsepter for hvordan data skal overføres fra nodene til land, og hvordan nodene skal kommunisere med hverandre. Det er ønskelig at de kontinuerlige datastrømmene som genereres i hver enkelt node ikke sendes direkte til land for analyser, men først filtreres og behandles automatisk, slik at datamengdene blir håndterbare. Det ultimate målet er at operatøren for eksempel kun får en oppdatering én gang i måneden, gitt at målingene indikerer at reservoaret oppfører seg som forventet. Ved uønskede hendelser, bør systemet selvfølgelig reagere raskt og sende ut varslinger om dette.
I injeksjonsfasen vil det imidlertid være nødvendig for operatøren å være mer hands-on.
– Løsningen vi utvikler med bruk av noder vil gjelde både under injeksjon og i post-injeksjonsfasen. Men i injeksjonsfasen vil det være nødvendig å følge ekstra nøye med på reservoaret. Det er mer dynamikk å ta hensyn til, for eksempel den ekspanderende skyen av CO2 som beveger seg i en viss retning, og et jevnt økende trykk som kan gi stress og jevnlige små rystelser i lageret, påpeker Eliasson.
Han utelukker derfor ikke at det kan være nødvendig med en eller flere runder med seismiske innsamlinger i løpet av den aktive perioden, som for eksempel Northern Lights har planlagt for sitt lager, men fremholder at noder på havbunnen uansett kan bidra til å redusere dette behovet.
Vil spore havbunnsheving
Som tidligere nevnt kan nodene ha flere oppgaver, de kan for eksempel fungere både som kilder og lyttere, og de kan innhente flere typer fysiske data. Men SPARSE-forskerne vurderer også å bruke fiberoptiske kabler for å komplementere nodene.
Michael Jordan forklarer at ved å bruke kablene rundt nodene, kan de hente inn ytterligere informasjon enn det nodene alene klarer å fange inn. Det har likevel aldri vært et mål å erstatte noder med kabler.
– Kabler er relativt billige, og kan i noen tilfeller være den optimale løsningen for overvåking. Men ikke for bruksområdene vi ser på. Én av ulempene er de er sensitive i kabelens lengderetning og ikke i andre retninger.
Ved å benytte smart utforming og oppsett kan man oppnå bedre målinger, samtidig som man sikrer at løsningen fortsatt er kostnadseffektiv.
Men korte kabler rundt nodene er altså en mulighet som forskerne vurderer. Det finnes løsninger for bruk av kabler for å innhente seismiske data, mens andre løsninger med fiberoptiske kabler kan brukes for å registrere ørsmå endringer av deformasjon av havbunnen (geoforskning.no: «Fiberoptisk teknologi sikrer lagring av klimagasser under Nordsjøen»).
– Når trykket øker i et reservoar som følge av injeksjon, vil det kunne føre til heving. Denne hevingen er med på å løfte og strekke havbunnen, og slike ørsmå endringer kan kabler på havbunnen spore, forklarer Jordan.
Skal bidra til rask implementering
– Det har vært viktig for oss å utelukkende jobbe med verktøy og metoder som er godt etablerte i dag. Vi skal ikke utvikle løsninger der vi må vente på at teknologien blir klar over de neste ti årene, påpeker Jordan.
Det er derfor grunn til å tro at fremtidige operatører, inkludert de to norske energiselskapene Vår Energi og Horisont Energi som deltar i SPARSE, raskt kan ta i bruk metodikken når prosjektet ferdigstilles om drøyt to år.
– Det er heller ikke utenkelig at også energibransjen vil implementere noen av løsningene vi kommer opp med. Jeg ser ingen grunn til at ikke for eksempel olje- og gassbransjen skulle velge å ta i bruk løsningene hvis de viser seg mer kostnadseffektive og forhåpentligvis like pålitelige som for eksempel 3D seismikk, fremholder Jordan, og legger til at også geotermisk energi og lagring av radioaktivt avfall kan være områder der overvåking av undergrunnen er viktig.
Men SPARSE handler først og fremst om å redusere kostnadene for en bransje som trenger å vokse seg stor raskt, men som ikke har utsikter til den samme lønnsomheten som energivirksomheten på norsk sokkel har.
For Norge som en mulig fremtidig stor leverandør av lagringsplass for europeiske utslippere, er utsikter om mer kostnadseffektive løsninger svært godt nytt. Slike løsninger er tidskritiske, gitt de ambisiøse målene verden har satt seg, og fordi det per i dag eksisterer syv CCS-lisenser på norsk sokkel som et knippe selskaper modner frem i skrivende stund.
ACT4 SPARSE ledes av SINTEF. Partnere i prosjektet er Horisont Energi, Vår Energi, Carbon Management Canada, University of Calgary, Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Quad Geometrics, Hyfold Inc., Q-Eye Labs, GeoSoftware, Precision Impulse, Spotlight og Silixa.
Prosjektet er finansiert av Norges forskningsråd, Gassnova, Department of Energy og ERA (Canada) gjennom ACT4-programmet og varer frem til sommeren 2026.
Felttester i Canada
Norge har injisert og lagret CO2 på norsk sokkel siden 1996 (Sleipner og Snøhvit). Norske forskningsmiljøer og selskaper har gjennom disse aktivitetene hentet mye lærdom om hvordan reservoarer påvirkes av å bli tilført CO2, og ikke minst hvordan reservoarendringer kan måles gjennom geofysiske målinger.
Jordan og Eliasson forteller at de ikke tar i bruk slike erfaringsdata direkte, men at SPARSE bygger på tidligere forskningsprosjekter der data fra norsk sokkel har vært essensielt, deriblant prosjektet Pre-ACT (2017-2020).
Men SPARSE-deltakerne har stor nytte av testanlegget til University of Calgary, CaMI Field Research Station. Her testes blant annet ulike typer seismiske kilder for å finne ut hvilke som er best egnet for langtidsmonitorering av CO2-lagre.
Jordan forteller at SPARSE også har deltakere som designer nye typer seismiske kilder som for eksempel ikke krever batterier, men benytter internt drivstoff.
– Disse kildene kan potensielt være i drift i opptil ett år, og kan således bidra til reduserte kostnader.
– Selv om testområdet vårt befinner seg på land – offshore testing er svært dyrt – mener vi at anlegget fungerer godt for våre formål. Det ble også mye brukt under Pre-ACT-prosjektet, legger Eliasson til.
Et annet testanlegg som ble mye brukt av SPARSEs forgjenger er Svelvik CO2 Field Lab. Sandtaket sør for Drammen har over flere år blitt benyttet for å blant annet forsøke å spore lekkasjer og teste overvåkningsteknologi.
Selv om SPARSE-prosjektet ikke har noen konkrete planer om å bruke sandtaket til tester per i dag, vil SPARSE bruke eksisterende data fra stedet og er åpne for å samarbeide med andre prosjekter vedrørende uttesting her.
