Et nytt polsk-norsk forskningsprosjekt skal undersøke hvorvidt CO2 i væskeform kan brukes for å utnytte dyp jordvarme. CO2-lagring kan bli en ønsket bieffekt.
Skissen viser prinsippet for utnyttelse av geotermisk energi. Kaldt vann pumpes ned til dypere, varmere områder, og varmt vann føres opp. Illustrasjon: Rock Energy
I midten av oktober gikk startskuddet for et nytt polsk-norsk forskningsprosjekt med Institutt for geovitenskap og petroleum (IGP, NTNU) og SINTEF Energi som norske partnere.
EnerGizerS (CO2-Enhanced Geothermal Systems for Climate Neutral Energy Supply) har som mål å analysere effektiviteten ved å ta i bruk CO2 som arbeidsvæske for utnyttelse av geotermisk energi sammenliknet med vann som brukes i dag.
Prosjektpartnerne skal utvikle tiltak for å kunne produsere geotermisk energi rent og profitabelt, noe som vil være med på å redusere CO2-utslippene fra forbrenning av fossilt brennstoff.
Blant deltakerne i prosjektet er professor Bjørn Frengstad ved Institutt for geovitenskap og petroleum.
Professor Bjørn Frengstad. Foto: Cecilie Holen
Hva er målet med prosjektet?
Målet er å identifisere de stedene i Polen og Norge der det vil være mest hensiktsmessig å utnytte geotermisk energi med CO2 som arbeidsmedium.
Her må vi vurdere både de geologiske forholdene som permeabilitet, formasjonsdyp, mineralogi, stratigrafiske feller, varmestrøm etc., og de logistiske forholdene som tilgang til ren CO2, behov for elektrisitet/varme, og miljøhensyn.
Deretter vil vi sammenstille tilgjengelige data eller fremskaffe nye petrofysiske analyser for de mest aktuelle stedene. Med disse parameterne vil vi modellere hvordan superkritisk CO2 vil oppføre seg i den geologiske formasjonen og hvilke sirkulasjonsdyp som er nødvendig for å oppnå ønsket temperatur.
«Superkritisk» vil litt forenklet si at trykket er høyere enn den kritiske grensen der CO2 går fra gass til flytende form. Det er også et mål å utveksle kunnskap mellom polske og norske fagmiljøer.
Hva skiller CO2 og vann som arbeidsvæske?
Vann har dessverre et potensial for å løse opp mineraler i grunnen, noe som ofte fører til påfølgende utfellinger og gradvis tilstopping i rør og varmevekslere. Bruk av superkritisk CO2 som arbeidsmedium ser ut til å gi langt mindre utfordringer med dette.
Viskositeten (seigheten) til CO2 er lavere enn for vann slik at væsken lettere flyter gjennom porøse medier. I tillegg er tettheten lavere slik at CO2 har større oppdrift og sirkulerer lettere i formasjonen. Begge disse egenskapene mer enn oppveier at CO2 har lavere varmekapasitet enn vann.
Tidligere forskning har også vist at det blir mindre væsketap i sirkulasjonskretsen. Rent vann er også en ressurs som med fordel kan brukes til andre formål.
Kan bruken av CO2 påvirke karbonregnskapet?
Når CO2 sirkulerer i en geologisk formasjon vil noe av det løses i porevannet, noe vil kunne sorberes på leirmineraler og noe vil kunne felles ut i mineralfaser. En viss andel CO2 i fri fase vil kunne bevege seg oppover i formasjonen og fanges i stratigrafiske feller.
CO2-lagring vil derfor være en ønsket bieffekt i tillegg til uttaket av geotermisk energi.
Vil dere se på produksjon av både grunn (varme) og dyp (elektrisitet) geotermisk energi?
For å beholde CO2 i superkritisk tilstand er en avhengig av høye trykk; ergo må dypet tilsvare minimum 800 meter vannsøyle.
På land kan en tenke seg å nyttiggjøre lavtemperatur varmeenergi i for eksempel fjernvarmenett.
På norsk sokkel er det produksjon av elektrisk energi som vil være aktuelt. Da bør temperaturen som hentes opp være minst 150 oC for å kunne drive en gassturbin, og nødvendig dyp antas å være 4 – 5 000 meter, avhengig av den geotermiske gradienten.
Hvilken kompetanse stiller instituttet med?
IGP gir undervisning om aspekter omkring CO2-fangst og -lagring og jobber med konsepter for uttak og lagring av varme i grunnen.
I dette prosjektet er IGPs rolle å fremskaffe de georelaterte dataene fra Norge og sammen med våre geologkolleger ved AGH i Krakow vurdere de beste geologiske lokalitetene i henholdsvis Polen og Norge.
Allerede i oppstarten kan vi slå fast at det finnes flere lovende lokaliteter i de sedimentære bassengene i Polen, mens de paleozoiske og prekambriske bergartene på land i Norge er lite egnet på grunn av minimal primær porøsitet. På norsk kontinentalsokkel ligger geologien bedre til rette, og utfordringen blir å finne hvordan både elektrisk energi og termisk energi kan nyttiggjøres med (samfunns)økonomisk gevinst.
Vi har heldigvis gode kontakter i geologimiljøet blant annet ved Universitetet i Oslo og Equinor som har lang erfaring med tilstøtende problemstillinger. Geo-dataene vil danne grunnlag for modellering hvor blant andre Sintef Energi overtar stafettpinnen. Prosjektet vil være et mulighetsstudium.
Hvordan kan resultatene fra prosjektet gagne Norge?
Både CO2-lagring i grunnen og utnyttelse av geotermisk energi har hver for seg vist å by på en rekke utfordringer. Det er gjort mye forskning som har tatt oss nærmere gode løsninger, og vi håper at EnerGizerS vil bringe oss et stykke videre i riktig retning med å kombinere to formål og teknologier.
Det vil alltid gagne Norge å delta i den internasjonale dugnaden som forskning faktisk er. Spesielt innenfor energisektoren er det viktig at vi jobber fram løsninger som setter minst mulig spor i naturen og hvor kompetansen fra petroleumsindustrien kan bygges videre på.
Les mer om prosjektet på nettsidene til AGH University of Science and Technology
