Matematisk CO2-lagring

Marerittet for dem som skal lagre klimagassen CO2 i bakken, er at gassen lekker ut igjen. Et norsk forskningsprosjekt utvikler verktøy for å skille ut de gode fra de dårlige lagringsstedene, før et eneste gram CO2 er pumpet ned.

Publisert

Fakta om prosjektet

Navn: Geological Storage of CO2: Mathematical Modelling and Risk Assessment 
Prosjektleder: Universitetet i Bergen (Professor Helge K. Dahle)
Akademiske partnere: Unifob Petroleum (CIPR), SINTEF IKT, Princeton University, Universität Stuttgart 
Industripartnere: StatoilHydro, A/S Norske Shell
Tidsramme: 2007-2011
Budsjett: 18 millioner kroner, hvorav 80 prosent i støtte fra CLIMIT  

Allerede i dag brukes modelleringsverktøy for å få en ide om hvordan CO2en vil bevege seg ned i et potensielt lagringssted i berggrunnen. Men selskapene og forskerne vet fortsatt for lite om hva som vil skje i ulike geologiske formasjoner.

Det som kan gå bra i én bergart behøver ikke gjøre det et annet sted.

En gruppe forskere ledet fra Universitetet i Bergen utvikler modeller for hvordan CO2 beveger seg etter at den er blitt injisert. Det er en svært komplisert prosess som vil avhenge av porøsiteten i bergarten, samt kjemiske og mekaniske egenskaper i lagringsområdet.

I prosjektet «Geological Storage of CO2: Mathematical Modelling and Risk Assessment» brukes anvendt matematikk for å utvikle mer presise verktøy for å kunne forutsi hva som vil skje når CO2 injiseres i berggrunnen.

− En viktig del av prosjektet har vært å finne ut hva som er viktig, og hvor det trengs mer kunnskap rundt det å modellere CO2-injeksjon.

− Med verktøyet vi utvikler, håper vi å kunne gi svar på hva en skal bruke mer ressurser på enten det er å få en god geokarakterisering, å forstå deler av prosessen eller andre ting som lager usikkerhet i vår modellering av CO2-injeksjon, sier professor Helge K. Dahle ved Matematisk institutt ved Universitetet i Bergen.

Mindre risiko 

− De geologiske formasjonene som er best egnet for CO2-lagring kan vi allerede identifisere. Men vi vet for lite til å injisere milliarder tonn med CO2 rundt om i verden, noe som må til dersom det skal monne i klimaregnskapet.

− Vi kan ikke i dag sette i gang prosjekter over hele verden i stor skala før vi har mer kunnskap, sier førsteamanuensis Jan M. Nordbotten som er en sentral forsker i prosjektet.

Prosjektet ser på strømningsmønstrene i bergrunnen. Både de som oppstår rundt injeksjonsbrønnene, men også de som oppstår når CO2 oppløses i vann. Da får du såkalte konveksjonsceller siden vann med innløst CO2 er tyngre enn vann uten CO2.

For å komme frem til hvilke verktøy som er til å stole på, er prosjektgruppen med å utvikle flere benchmarks (sammenligninger). Forskningsmiljøer som arbeider med ulike matematiske og numeriske modeller kjører simuleringer basert på de samme dataene fra en gitt geologisk formasjon.

I oppgaver hvor beskrivelsen er detaljert er svarene noenlunde like fra de ulike modellene, men der oppgaven er mer åpen spriker svarene. Dette gir utfordringer i forhold til den virkelige verden, hvor data ofte er usikre eller ukjente.

Svalbard testområde

Helge Dahle (t.v.) og Jan Nordbotten utvikler en ny matematisk modell for  transport av CO2.
Helge Dahle (t.v.) og Jan Nordbotten utvikler en ny matematisk modell for transport av CO2.

Dahle og Nordbotten er entusiastiske etter å ha arrangert en internasjonal workshop om modellering og vurdering av risiko ved CO2-lagring på Svalbard.

− Svalbard-prosjektet vil være en fantastisk test-case til å få mer kunnskap om CO2-lagring.

− Både fordi en får en veldig god karakterisering av geologien i forkant, og fordi en i den skalaen injeksjonsprosjektet skal foregår kan teste resultatene fra simuleringene, sier Dahle.

Formasjonen på Svalbard der CO2 etter planen skal injiseres, er en akvifer som er forholdsvis lett å karakterisere og monitorere. Dermed er det langt enklere å få fasiten på de matematiske modellene i praktiske forsøk.

Fordelen med forsøkene på Svalbard er at CO2-mengden som skal injiseres er stor nok til at det er interessant og ikke så stor at det er uforsvarlig. 

− Dersom du injiserer en liten mengde CO2 i en akvifer vil den ikke gå langt. Da kan du injisere med veldig stor sikkerhet. Men usikkerheten stiger med økende mengde. Vi ønsker å redusere denne usikkerheten slik at du kan injisere en større mengde med samme sikkerhet, sier Nordbotten.

− Forståelse av geologien er det viktigste for lagring av CO2, men forståelsen må brukes på en fornuftig måte sammen med modellverktøyer. Vi må vite hva vi kan forvente av modellverktøyene og hvilken tiltro vi kan ha til de. Dette er vår oppgave, i tillegg til å forstå de dynamiske flytprosessene som er klassisk anvendt matematikk, sier Dahle.

Prosjektet er i tett samarbeid med flere miljøer internasjonalt om modellering av CO2-lagring, blant annet Princeton University i USA og Universitetet i Stuttgart. Dette gir tilgang til data fra prosjekt i USA og Tyskland.