Reduserer risikoen ved CO2-lagring med matematikk

Fangst og lagring av CO₂ er lansert som et av våre viktigste klimatiltak. Dette medfører en stor utfordring – vi må sikre at geologisk lagret CO₂ ikke lekker ut igjen.

Aage Stangeland - Norges Forskningsråd

Et stort norsk forskningsprosjekt har brukt matematikk for å bestemme hvor CO₂ kan lagres trygt.

Det er velkjent at CO₂ kan injiseres og lagres i geologisk egnede formasjoner, men for at dette skal kunne bli et klimatiltak som virker er det helt avgjørende at CO₂ forblir lagret i lang tid uten å lekke ut igjen.

En gruppe forskere ledet fra Universitetet i Bergen utvikler matematiske modeller for hvordan CO₂ beveger seg etter injeksjon. Dette er en svært komplisert prosess som avhenger av porøsitet og permeabilitet i bergarten, samt kjemiske og mekaniske egenskaper i lagringsområdet.

I prosjektet “Geological Storage of CO₂: Mathematical Modelling and Risk Assessment“, forkortet til MATMORA, brukes avansert matematikk for å utvikle verktøy som kan forutsi hva som vil skje når CO₂ injiseres i berggrunnen.

Utvikling av denne type modeller er helt nødvendig. Før industrien kan ta i bruk fangst og lagring av CO₂ i stor skala, må det utvikles simuleringsverktøy som kan gi et bilde av hva som vil skje med CO₂ som injiseres i berggrunnen.

Resultatene fra MATMORA-prosjektet gir oss en ny og bedre forståelse av strømningsmønsteret når CO₂ injiseres i berggrunnen. Prosjektet har fokusert på hvor mye CO₂ som kan injiseres, og hvordan CO₂ deretter oppfører seg. Etter injeksjon vil noe CO₂ løses i vann, og i prosjektet har en forsøkt å forstå hvor mye, og hvor fort, CO₂ vil løses opp. Blant resultatene fra prosjektet kan følgende viktige funn nevnes:

Flere modelleringsmiljøer som arbeidet med kommersielle og akademiske simulatorer for CO₂-lagring ble invitert til å bidra til ulike benchmarkstudier. Resultatene fra akademiske og kommersielle regneverktøy viste store sprik avhengig av hvilke prosesser som ble studert og hvordan problemene ble formulert.
De tre viktigste lagringsmekanismene i en bergart er: (1) Strukturell lukning under en takbergart, (2) fanging på grunn av kapillarkrefter, og (3) oppløsning av CO₂ i vann. Prosjektet har utviklet verktøy som muliggjør vurdering av hvilke mekanismer som er viktigst. Analyser gjennomført i prosjektet viser at den siste mekanismen kan være viktigere enn tidligere antatt. Dette medfører også at det nå kan lages mer nøyaktige modeller for CO₂-lagring.
En utfordring har lenge vært at 3D modeller som beskriver lagringsreservoaret blir kompliserte, og at simuleringene dermed tar svært lang tid. I MATMORA-prosjektet er det utviklet nye modeller som kan løses i 2D med svært gode resultater. Hemmeligheten bak de nye modellene er en antagelse om vertikal likevekt som gir nøyaktige simuleringer innenfor antagelsens gyldighetsområde. Et resultat av dette er at simuleringstiden nå reduseres med en faktor på 10 eller 100 i forhold til 3D-modeller. Dette representerer et stort gjennombrudd i forhold til å kunne vurdere risiko under ulike scenarioer.

MATMORA-prosjektet avsluttes om kort tid, men partnerne bak prosjektet har allerede startet flere nye prosjekter hvor de kaster seg over nye utfordringer. De norske forskningsmiljøene innen matematisk modellering av CO₂-lagring har en sterk internasjonal posisjon, og det er grunn til å tro at forskningsarbeidet utført i disse miljøene vil være med å legge grunnlaget for at CO₂ kan lagres i stor skala, både under Nordsjøen og ellers i verden.