KRAFTVERK KAN RENSE LUFTEN

Transkript

1 KRAFTVERK KAN RENSE LUFTEN Kraftverkene kan unngå å forurense hvis de fanger opp CO fra forbrenningen og sender det langt ned under bakken. Benytter de i tillegg miljøvennlig biobrensel, kan de faktisk bidra til å fjerne CO fra atmosfæren. Av Henrik Bendix. Illustrasjoner: Claus Lunau. I løpet av dette århundret vil drivhuseffekten sannsynligvis øke temperaturen i verden med et par grader. Enorme ismengder vil smelte ved polene, og nivået i verdens hav vil stige. Drivhusgassen karbondioksid, også kjent ved sitt kjemiske kallenavn CO, er den store skurken i beretningen om klimaendringene verden står overfor. Gassen kommer bl.a. fra forbrenning av fossilt brensel som kull og olje, som består av biologisk materiale som en gang tok opp CO fra atmosfæren for å vokse. illvit.no Se CO bli sendt langt ned under bakken 56 Illustrert Vitenskap TRE TRINN TIL REN LUFT 1. Kraftverken e fyrer me biobrense d l som har tatt opp C O.. CO fanges o p p i k raftverket før, under eller etter avbrennin g. 3. Drivhusgas sen pump og lagres es ned langt und er bakken. Når brenselet hentes opp fra gruver og brønner og brennes for å skaffe energi, slippes karbondioksidet samtidig ut i atmosfæren igjen. Der sørger drivhusgassen for å holde på energien fra Solen: Den virker som en dyne rundt kloden og gjør det vanskeligere for varmen å unnslippe til verdensrommet. Fossilt brensel står for 80 prosent av verdens energiforbruk, men det lar seg faktisk gjøre å forbrenne det uten å for urense atmosfæren alt som trengs, er at kraftverkene fanger opp CO-et fra forbrenningen. Deretter kan det komprimeres slik at det inntar flytende form og så sendes langt ned i grunnen. Slik vender karbonet tilbake og blir oppbevart der det kom fra. Og der kan karbondioksidet bli liggende så lenge det vil, akkurat som for eksempel olje som blir liggende nede i brønnen hvis den ikke pumpes opp. Teknologien kalles CCS: carbon capture and storage. Med dagens metoder kan 90 prosent av CO-et i avgassene fra kraftverkenes forbrenning fanges opp. CCS kan også brukes til å suge eksisterende CO ut av atmosfæren og snu utviklingen i den globale oppvarmingen. Men da må kraftverkene bruke biobrensel. Forbrenning av biomasse som halm, treverk eller spesielle energivekster er i utgangspunktet CO-nøytral, fordi den mengden CO forbrenningen frigir, tilsvarer den mengden plantene tok opp så lenge de vokste. Hvis kraftverkene samler opp og lagrer dette CO-et under bakken, bidrar de faktisk til å fjerne litt av drivhusgassen fra atmosfæren. Får temperaturen til å synke Biobrensel gjør CCS til en teknologi som for alvor kan bidra til å redde miljøet. Fors kere ved Chalmers Tekniska Högskola i Sverige har beregnet at den globale oppvarmingen kan bortfalle helt hvis kraftverkene satser på biobrensel og CCS. I henhold til forskernes modeller vil temperaturen riktignok ha steget et par grader i 100 i forhold til i 1800, men så snur det, for da faller temperaturen med en halv grad frem til 150. Med andre ord kan den menneskeskapte globale oppvarmingen begrenses til en temperaturøkning på 1,5 grader over et tidsrom på 350 år, og hvis man skaper mer energi ved å forbrenne. 13/014

2 Print: slu Status: PDF PROCES Layout:NB Red.sek:MBH 1. BRENSEL Forbrenning av biomasse er CO-nøytral fordi planter tar opp CO fra atmosfæren for å vokse. Ved å fyre med biobrensel unngår kraftverkene å forurense. 1. CO slippes ut i atmosfæren fra bl.a. trafikk og energiproduksjon. CO Atmosfære Forurenset røyk. Planter tar opp CO fra atmosfæren ved fotosyntese og gjør det om til oksygen og plante materiale. Biobrensel 3. Når kraftverkene forbrenner biomasse i stedet for fossilt brensel, unngår de å slippe ut mer CO. BIOBRENSEL OG LAGRING FJERNER CO FRA ATMOSFÆREN Vekster bruker CO fra atmosfæren i fotosyntesen der drivhusgassen og vann blir til næringsstoffer og oksygen. Men når plantematerialet enten råtner på naturlig måte eller forbrennes i et kraftverk som biobrensel, blir gassen sluppet ut i atmosfæren igjen. Men hvis CO-et fra forbrenningen i stedet fanges inn og sendes til varig DANIEL BYERS/ISGS THINKSTOCK I november 011 pumpet Decatur-prosjektet ned de første tonnene med CO. oppbevaring i et underjordisk deponi, blir det tatt ut av kretsløpet slik at atmosfæren faktisk blir renere. I delstaten Illinois, USA, pågår et av de få prosjektene i verden som har tatt prinsippet i bruk. Prosjektet Decatur gjør mais om til bioetanol som kan brukes som miljøvennlig drivstoff i biler. Produksjonen er til nå oppe i tonn CO som er blitt pumpet ned under bakken. Om noen år vil den øke til en million tonn per år.

3 biobrensel og fanger inn drivhusgassen og sender den til deponier dypt nede i grunnen til evig oppbevaring. Men CCS-teknologien er ennå ikke særlig utbredt, for det er høye utgifter knyttet til å fange CO, frakte det per skip til et lager og så endelig pumpe det ned i bakken via tankvogner eller rørledninger. Så lenge det er mind re kostbart å forurense med CO enn det er å fange opp gassen, blir ikke næringslivet spesielt motivert til å kvitte seg med den. Det eksisterer likevel noen få prosjekter rundt om i verden som bruker denne fangstmetoden til å rense luften for karbondioksid. Tonnevis av gass under jorden I dag sendes daglig cirka tonn CO ned fra 1 kjempemessige anlegg forskjellige steder på kloden til permanent Lagret i vann under havet Ute i Nordsjøen ligger naturgassfeltet Sleipner som Statoil er operatør for. Der har man siden 1996 pumpet CO ned under havbunnen. Til nå er 15 millioner tonn CO blitt sendt 1000 m ned i et lag av porøs sandstein fylt med saltvann. Sleipner-gassen har fra naturens side cirka 9 prosent CO, men hvis gassen skal selges, kan den maksimalt inneholde,5 prosent. Derfor utskilles CO -et før gassen blir ført i land. Den høye norske avgiften på kr 370 per tonn CO, som olje- og gassindustrien er pålagt, har sørget for at uønsket karbondioksid ikke bare slippes ut til skade for klima og miljø. Det er tvert imot lønnsomt for industrien å sende det ned til deponiet under havets bunn. Sleipners CO -lager er det som er best undersøkt, og alt tyder hittil på at gassen oppfører seg helt som forskerne hadde beregnet. Det er svært liten fare for at noe lekker ut fra lageret der CO -et blir langsomt oppløst i saltvannet i deponiet. En økning på 1,5 C lagring under jorden. Eksempelvis blir CO fra en naturgassproduksjon i Salah i Algerie og fra de norske naturgassfeltene Sleipner og Snøhvit pumpet ned i saltvannsreservoarer langt nede under jorden eller havbunnen. De fleste store CCS-prosjektene finner vi i USA der CO fra kunstgjødselfabrikker og naturgassbehandlingsanlegg pumpes ned i oljefelter som er i drift. Karbondioksidet får oljen til å flyte lettere, slik at det blir mulig å presse mer olje opp av feltene. Flere nye prosjekter er også under utvikling, for eksempel i Rotterdam i Nederland der man er i ferd med å bygge et varmekraftverk. Fra 015 skal man samle opp CO etter forbrenning av kull og biomasse, konsentrere det og sende det ned i et tidligere gassfelt under havbunnen i Nordsjøen. Prosessen kan spare atmosfæren for tonn Geologer utvikler teknologien Til tross for de lovende utsiktene er CCS fortsatt en forholdsvis ny teknologi som krever ytterligere forskning før den blir introdusert i full bredde. Mange forskere er i full gang med å undersøke hvordan CCS kan gjøres billigere og mer effektiv slik at flere kan ta den i bruk. Dessuten holder geologer på med å undersøke hvor og hvordan CO best kan lagres under jorden. De vil være helt sikre på å finne de absolutt beste stedene for oppbevaring av den flytende gas sen, for den må ikke slippe opp igjen når den først er sendt ned, den må ikke forurense grunnvannet, og nedpumpingen må ikke skape spenninger i grunnen som kan forårsake jordskjelv. Geologene er ikke sikre på hvordan karbondioksid oppfører seg lagret under jorden, og derfor blir alle CCS-prosjekter overvåket meget nøye, slik at ekte resultater fra en virkelig verden kan sami 150 kan global oppvarming minkes til med planmessig lagring av CO drivhusgass per år. Det tilsvarer forurensningen fra biler. I snart 0 år er millioner av tonn CO₂ fra oljefeltet Sleipner blitt pumpet ned under havbunnen. OYVIND HAGEN/STATOIL 58 Illustrert Vitenskap. 13/014

4 Print: slu Status: PDF PROCES Layout:NB Red.sek:MBH. FANGST For ikke å slippe CO-forurensningen fra forbrenningen av brenselet rett ut i atmosfæren kan kraftverkene fange inn karbondioksidet. Det skjer på tre måter. A. Gassen kan fraskilles brenselet før forbrenning ved å forgasse materialet. B. Biobrenselet kan C. En kjemisk forbrennes i rent oksygen. Røykrestene er stort sett bare CO. prosess fjerner CO fra røyken i et anlegg etter forbrenning. CO KAN FANGES INN PÅ TRE MÅTER A Forgassing: Brenselet omgjøres til gass som splittes i hydrogen og CO. Hydrogenet brukes i kraftverket. 3. Brenselet forgasses. B Oxyfuel: Brenselet forbrennes i rent oksygen. Røyken består av nesten bare CO som det er greit å fange inn. 4. Vann fordampes til turbin i kraftverket. 4. Gassen endres kjemisk til CO og H. O 6. Hydrogen føres 1. Rent oksygen sendes til gassturbinen i kraftverket. inn i forgasseren. CO H 3. Vann fordampes til turbin i kraftverket. 5. Røykgassen fra forbrenningen renses. 5. CO kondenseres og komprimeres.. Brensel føres inn i forgasseren. 3. Brenselet forbrennes. C. Brensel føres inn til forbrenning. O Røykgassrensing: CO fjernes fra røykgassene ved å knytte seg til de ammoniakklignende stoffene aminer. CO 6. CO kondenseres og komprimeres. 1. Brensel føres inn til forbrenning.. Brenselet forbrennes. 4. CO i røykgassen fra forbrenningen utskilles kjemisk. CO 5. CO kondenseres og komprimeres. 1. Oksygen sendes inn i forbrenningskammeret.

5 Lagrene kan lekke Faren ved å lagre CO under bakken består bl.a. i at aktivitet i grunnen, eksempelvis jordskjelv, kan skape lekkasjer i lagrene slik at drivhusgassen siver ut og forurenser enda en gang. Erfaringer fra eksisterende naturlige reservoarer viser at CO som lekker, kan være farlig for mennesker, dyr og natur fordi gassen er giftig i større mengder. Men til nå ser ikke lekkasjer ut til å være noe aktuelt problem, og geologene fortsetter arbeidet med å finne de beste lagringsstedene for CO. menlignes med dem forskerne har fått fra laboratorieforsøk og datamodeller. Overvåkingen skjer ved å måle bl.a. små lokale endringer av tyngdekraften som kan røpe CO -ets utbredelse, og seismologiske målinger kan fortelle forskerne om karbondioksidet skaper spenninger i grunnen, som kan utløse mindre jordskjelv. Man måler også karbondioksidmengden i luften over de underjordiske lagrene for å kunne oppdage det hvis gassen begynner å sive ut. Kan lagres i stein og oljefelter Alt nå er forskerne sikre på at CO -et må pumpes ned i porøse og gjennomtrengelige avleiringer som det flytende karbondioksidet kan sive inn i. Et opplagt sted å lagre gassen er tomme olje- og naturgassfelter der det før befant seg fossilt brensel og nå er plass til CO i flytende form. Underjordiske saltvannsreservoarer er også gunstige fordi karbondioksidet oppløser Forskerne har funnet ut at grunnen i alt har plass til å lagre milliarder tonn CO seg i saltvannet som likevel er ubrukelig som drikkevannskilde. Gruver der malmforekomstene nå ikke lenger lønner seg å ta ut, er også mulige lagringssteder. Under alle omstendigheter må CO -et minst 800 meter ned i grunnen, for først der er trykket så høyt at gassen holder seg flytende og komprimert. Tusen kubikkmeter CO ved jordoverflaten utgjør bare tre kubikkmeter nede på 800 meters dyp med 80 atmosfærers trykk. Minst like viktig er det at de porøse bergartene gassen lagres i, er dekket av solide lag av leire, kritt eller salt som kan virke som en naturlig forsegling og hindre CO -et i å trenge opp til jordoverflaten igjen. Mange flere prosjekter underveis Ifølge beregninger kan grunnen rundt om i verden romme mange års CO -utslipp. Forskerne har regnet seg frem til at grunnen har et samlet potensial for lagring av totalt milliarder tonn CO for det Utslipp fra et naturlig CO - reservoar i California, USA, har drept trær og planter. meste i dyptliggende saltvannsreservo arer. Til sammenligning vil det i år bli sluppet ut ca. 35 milliarder tonn CO. Det internasjonale energibyrået IEA har som mål at det i 00 skal finnes minst 30 store CCS-prosjekter som i første omgang kan spare miljøet for cirka 50 millioner tonn CO per år. I 050 må CO -fangst være så utbredt at 7 milliarder tonn CO kan føres ned i underjordiske deponier. Foreløpig tyder ingenting på at CO -lagring skaper problemer for verken miljø eller mennesker i form av lekkasjer fra underjordiske lagre. Skulle det likevel skje, viser erfaringer fra naturlige reservoarer at det ikke behøver å bety en kata strofe. I byen Ciampino i Italia fører vulkansk aktivitet til at det daglig slippes ut 7 tonn CO til atmosfæren fra naturlige lagre. Det bor folk bare 30 meter fra lekkasjestedet, og hvis de bare avstår fra å sove i kjelleren og ellers sørger for å lufte godt, er ikke lekkasjen helsefarlig. Selv om fangst og geologisk lagring av CO ikke løser verdens klimaproblemer, ser teknologien ut til å kunne begrense problemenes omfang og gi et pusterom mens forskerne jobber videre med å utvikle miljøvennlig energiteknologi. RENAUD VISAGE/SCANPIX 60 Illustrert Vitenskap. 13/014

6 Print: slu Status: PDF PROCES Layout:NB Red.sek:MBH 3. LAGRING Når man har fanget CO-et, må det sendes i flytende og komprimert form minst 800 meter ned i grunnen. Flere geologiske formasjoner kan være lagerplasser. A. CO -et kan via rørledninger eller med tankvogner transporteres til tomme olje- og gassfelter der det lagres i de tomme brønnene. Rørledning til olje- eller gassfelter B. CO -et kan pumpes C. Forekomster av saltvann under jorden eller havets bunn er også bra lagre. I reservoaret vil drivhusgassen oppløse seg i saltvannet som uansett ikke kan utnyttes som drikkevann. ned i steinformasjoner under bakken der det siver inn og fanges av små porer. Om tusener av år er det blitt tatt opp av bergartene og omdannet til mineraler. Porøst steinmateriale Grunnen CO Saltvannsreservoar CO CO FÅR OLJEN TIL Å FLYTE L enge før verdensproblemene med CO-utslipp for alvor kom på dagsordenen, ble drivhusgassen sendt ned i bakken. Oljeindustrien i USA oppdaget i 1970-årene at CO kunne brukes til å frigjøre olje fra små hulrom i de porøse bergartene oljen skjuler seg i. Metoden gjør det mulig å vri mer olje ut av et snart uttømt felt, og virker ved å pumpe drivhusgassen ned i oljebrønnen der den blander seg med oljen. Deretter pumpes oljen og gassen opp sammen, og gassen skilles ut og brukes om igjen på feltet. Det aller meste av CO-et som brukes innen oljeutvinning, kommer fra naturlige gassreservoarer der man pumper gassen opp fra grunnen bare for å pumpe den ned igjen et annet sted. Hadde man i stedet fanget inn gassen fra kraftverkenes forbrenning av brensel og pumpet den ned i oljefeltene, ville det fjernet et bidrag til forurensningen. Mange prosjekter er i gang allerede der CO-utslipp fra bedrifter brukes til å tyne mer olje ut av feltene i stedet for å bli sluppet ut i atmosfæren som forurensning. Olje til forbruk CO til gjenbruk. Olje og CO 1. CO pumpes ned CO Olje og CO pumpes opp av feltet. CO-et skilles fra oljen og brukes om igjen. i brønnen. Det blander seg med oljen og får den til å flyte bedre. CO blandes med oljen i feltet.