Vil binde CO2 i stein

Amerikanske forskere håper bergarten peridotitt kan binde store mengder CO2 trygt og sikkert for all overskuelig framtid.

Publisert

Kongsbergseminaret

Kongsbergseminaret er et årlig, tverrfaglig seminar med fokus på geologi og geofysikk. Seminaret er arrangert av Physics of Geological Processes (PGP), et senter for fremragende forskning ved Universitetet i Oslo.

Til seminaret inviteres 10-15 av verdens fremste forskere på sine fagfelt, samt UiOs egne forskere og studenter.

Årets seminar var nummer 24 i rekka, og gikk av stabelen 11.-13. mai. Temaet var Earth Systems Challenges.

Ved siden av energisparing og økt satsing på fornybar energiproduksjon er fangst og lagring av CO2 blant de viktigste tiltakene for å bremse menneskeskapte klimaendringer.

Men hvor i all verden skal vi gjøre av de 30 gigatonnene med CO2 vi slipper ut hvert år? Hvor kan vi lagre sånne enorme mengder CO2 trygt og sikkert for all overskuelig framtid?

Forskere ved Columbia University håper svarene står skrevet i stein, nærmere bestemt i bergarten peridotitt.

Peridotitt. (Foto:  http://www.mineraly.sk / Wikimedia Commons)
Peridotitt. (Foto: http://www.mineraly.sk / Wikimedia Commons)

Naturlig prosess

Peridotitt inneholder mye av mineralene olivin og pyroksen, og finnes hovedsakelig dypt under jordoverflaten.

Imidlertid kommer bergarten flere steder til overflaten langs forkastninger nær grensene mellom jordskorpeplatene. Når olivinet i steinen eksponeres for luft, tar det opp CO2 fra atmosfæren.

Olivinet reagerer med karbondioksid, og danner nye mineraler, karbonater som kalsitt og magnesitt. Denne prosessen kalle karbonatisering.

Geokjemiker Peter Kelemen ved Columbia Universitys Earth Institute har studert denne naturlige prosessen i ei årrekke, blant annet i fjellene i Samail nord i Oman.

Han er ikke i tvil om at olivinrik peridotitt har et enormt potensial for opptak og binding av CO2. I sitt innlegg under Kongsbergseminaret i vår sa Kelemen at peridotitten i Oman aleine kan binde alle menneskeskapte CO2-utslipp i tusen år framover.

Enormt potensial

Det er altså ikke kapasiteten det står på. Man skulle derfor kanskje tro at eksponert peridotitt kunne løse hele klimakrisen for oss allerede i dag. Når det ikke er sånn, har det først og fremst med tidsaspektet å gjøre.

Selv om karbonatisering av peridotitt er en relativt rask prosess i et geologisk perspektiv, er den irriterende langsom sammenligna med det meste vi mennesker foretar oss.

Skal vi kunne utnytte denne prosessen til binding av menneskeskapt CO2, blir vi pent nødt til å sette opp farta.

Ifølge Kelemen finnes det flere måter å framskynde prosessen på. Man kan foreksempel øke temperaturen eller trykket, eller bruke natron som en katalysator.

Ved å pumpe CO2 under høyt trykk inn i oppvarma peridotitt, kan man ifølge Kelemen i teorien øke CO2-opptaket med så mye som en million ganger. Og da blir det virkelig fart i sakene.

– Tre prosent av menneskeskapte utslipp kan lagres i en kubikkilometer peridotitt per år, sier Kelemen.

Flere fordeler

Å varme opp CO2 og stein kan bli både dyrt og energikrevende. Imidlertid håper Kelemen og kollegene hans at det bare er i startfasen det blir nødvendig med ekstern oppvarming.

Karbonatisering av peridotitt utvikler varme. Hvis man først får reaksjonen i høygir ved å øke trykket og temperaturen, håper Kelemen at den superraske karboniseringa kan utvikle nok varme til å holde temperaturen oppe uten eksterne varmekilder.

I så fall kan karbonatisering vise seg å bli en både energi- og kostnadseffektiv måte å lagre CO2 på.

Karbondioksiden vi slipper ut, blir ikke bare værende i atmosfæren. Også havene tar opp CO2. Kelemen ser for seg at man i stedet for å fange og pumpe rein CO2 inn i peridotittlagene, kan sirkulere CO2-rikt sjøvann gjennom peridotitten.

Tanken er at peridotitten kan binde karbondioksiden i sjøvannet gjennom karbonatisering, og på den måten rense havvannet for CO2. Dersom dette fungerer, kan man hoppe over både fangst og transport av CO2, og spare både tid, penger og energi.

Lagring av CO2 under bakken, såkalt geologisk lagring, er ikke noe nytt fenomen. Helt siden 1970-tallet har blant andre oljebransjen pumpet CO2 inn i gass- og oljefelt, både for å øke utvinningsgraden, og for å bli kvitt den uønskede karbondioksiden.

Ifølge Kelemen har karbonatisering imidlertid flere viktige fortrinn sammenligna med slike former for CO2-lagring.

Geologisk lagring av CO2 er nettopp det der høres ut som – lagring av store mengder CO2. Dersom dette gjøres på riktig måte, mener det internasjonale klimapanelet (IPCC) at man kan være 99 prosent sikre på at karbondioksiden er trygt lagret i minst 1000 år.

Likevel er det en viss mulighet for lekkasjer. Da kan lagret CO2 igjen slippe ut i atmosfæren, og hele prosjektet vil være forgjeves.

Karbonatisering av stein innebærer derimot at CO2 ikke bare lagres, men omdannes til stabile bergarter, og er ifølge Kelemen en mer permanent løsning.

Langt fram

Geokjemiker Peter Kelemen ved Columbia Universitys Earth Institute. (Foto: Magnus Holm)
Geokjemiker Peter Kelemen ved Columbia Universitys Earth Institute. (Foto: Magnus Holm)

IPCC skriver i sin spesialrapport om fangst og lagring av karbondioksid at teknologien for CO2-lagring gjennom karbonatisering av mineraler er på utviklingsstadiet, og dermed ikke klar for implementering.

Selv om Kelemen er både entusiastisk og optimistisk når det gjelder potensialet for CO2-lagring i peridotitt, må også han innrømme at storskala lagring av CO2 på denne måten ligger nokså langt fram i tid.

I teorien tyder alt på at karbonatisering av peridotitt kan bli en trygg og effektiv måte å lagre CO2 på, men Kelemen understreker at dette foreløpig ikke er prøvd ut i praksis, og sier at han gjerne vil gjøre et pilotprosjekt.

Bjørn Jamtveit er geolog ved Physics of Geological Processes (PGP) ved Universitetet i Oslo, og en av arrangørene av Kongsbergseminaret.

Han er enig med Kelemen i at CO2-lagring gjennom karbonatisering i prinsippet skal være både mulig og permanent. Imidlertid mener han det er stor usikkerhet knytta til om dette er mulig i praksis.

– Spørsmålet her er hvor fort man kan få CO2-holdige væsker til å reagere med stein. Dette vet vi ikke svaret på ennå. Men jeg mener det er svært viktig å få dette testet i større skala.

– Om metoden skulle vise seg å virke, vil man få mange nye steder hvor CO2 kan lagres. Man ville også slippe å transportere CO2 helt til nærmeste reservoarbergart, som ofte kan være svært langt unna, sier Jamtveit.

Økonomiske problemer

Selv om de praktiske og teknologiske utfordringene er mange, mener Kelemen at de største hindringene som må overvinnes er av økonomisk – ikke teknisk – art.

– Problemet er at ingen kan tjene penger på dette, sier han.

Med nok penger til rådighet, mener han at CO2-lagring ved karbonatisering av peridotitt burde kunne realiseres i løpet av ti års tid. Imidlertid kreves det mye av det internasjonale samfunnet før denne typen CO2-lagring blir økonomisk levedyktig.

– Karbonkvoter kan gjøre det mulig, men det krever internasjonale avtaler på et nivå vi hittil ikke har sett, sier Kelemen.

Referanser:

Matter and Kelemen: Permanent storage of carbon dioxide in geological reservoirs by mineral carbonation, Nature Geoscience 2, 837 - 841 (2009), doi:10.1038/ngeo683

IPCC Special Report: Carbon Dioxide Capture and Storage