Optimized CO2 storage in sloping aquifers

MÅL: Prosjektet CO2-Upslope har hatt som mål å undersøke potensialet for å lagre CO2 på best mulig måte i geologiske reservoarer på den norske kontinentalsokkelen. Akviferer er porøse, vannfylte lag (gjerne sandstein) i undergrunnen, som potensielt har plass til mye CO2. Den såkalte Gassum-formasjonen er en slik akvifer. Dette sandsteinsreservoaret ligger i Skagerak og ser ut til å være meget godt egnet til lagring av CO2. Ved å studere dette og andre aktuelle lagringssteder vil man lære mer om fysisk og kjemisk CO2-oppførsel. TEKNISK INNHOLD: En effektiv måte å forhindre industrielle CO2-utslipp fra å nå atmosfæren er å injisere CO2-gass inn i porøse, vannfylte sandsteiner flere kilometer under havbunnen. For å sikre at gass som har blitt lagret på denne måten aldri slipper ut igjen, samarbeider geologer, kjemikere og fysikere om å lage 3-dimensjonale datamodeller for å forutsi hvordan injisert gass vil oppføre seg i undergrunnen. Noen reservoarer er skrå lag av sandstein, hvor en ende ligger dypere nede under havbunnen enn den andre. Denne typen reservoarer kalles av geologer hellende akviferer. Dersom man injiserer CO2 i den dypeste enden, vil CO2 begynne å bevege seg oppover på grunn av oppdrift (gass er lettere enn vann). Etter hvert vil CO2, under høyt trykk, begynne å løses kjemisk i vann (akkurat som i Farris) og dermed også reagere med mineralene i reservoaret. På denne måten vil CO2 fanges i vannfasen og bli innlemmet i utfelte mineraler. Slik blir det med tiden mindre CO2-gass som kan stikke av oppover mot havbunnen. Kjemisk bundet CO2 er en meget trygg lagringsmetode, og det er behov for å kvantifisere hvor mye CO2 som kan lagres på denne måten. I CO2-Upslope jobber vi med å forbedre den geologiske forståelsen av reservoaret, før vi tar fatt på å kvantifisere kjemiske og fysiske prosesser forbundet med CO2-injeksjon og -lagring ved bruk av nye simuleringsmetoder. MERVERDI AV PROSJEKTET: Norge har ratifisert Paris-avtalen av 2016, og myndighetene har forpliktet seg til å redusere nasjonale CO2-utslipp med 40 % innen år 2030, i tråd med EUs mål. For å oppnå dette ambisiøse målet, må flere tiltak settes i verk, og CO2-fangst og -lagring (CCS) er en viktig og gjennomførbar metode som har stort potensiale i Norge. Gassum-reservoaret ligger nært flere store utslippskilder for CO2 (e.g. sementindustri, ammoniakkproduksjon) og vil kunne bli et CO2-lager i fremtiden. I tillegg vil mer kunnskap om kjemisk innfanging og trygg lagring av CO2 kunne bidra til at man øker forståelsen og får bredere aksept for CCS som klimatiltak blant beslutningstakere og folk flest. Det ble I 2019 utdelt lisens fra Oljedirektoratet om lagring av CO2 på sokkelen utenfor Bergen. Johansenformasjonen utgjør hovedreservoaret her, hvor de numeriske verktøyene og metodene for reservoarkarakterisering samt beregning av injeksjon og retardasjon som er utviklet i CO2 Upslope prosjektet vil være nyttige. FORSKNINGSUTFORDRINGER: Hovedutfordringen, men også styrken, i CO2-Upslope er kanskje graden av tverrfaglighet. Prosjektet knytter sammen geologi, geofysikk, kjemi, fysikk og matematikk i tolkning av reservoarer og i numeriske modeller for CO2-lagring. RESULTATER FREMDRIFT SÅ LANGT: CO2-Upslope prosjektet er nå avsluttet etter 2.5 år (2017-2019). I denne perioden har vi hatt felles oppstartmøte for prosjektet og en rekke arbeidspakkemøter med deltakere fra UiO, Sintef og GEUS. En prosjektnettside ble opprettet på: https://www.mn.uio.no/geo/forskning/prosjekter/upslope/ I første del av prosjektet har vi arbeidet med å lage en ny geologisk modell for Gassum-reservoaret, i stor grad ved hjelp av seismiske 2D data. Dette rammeverket ble så brukt videre til å gjøre en vurdering av mineralogi og reservoaregenskaper. I siste hoveddel av CO2-Upslope har helt nye modeller og metoder blitt tatt i bruk for å estimere hvor mye CO2 som fanges inn undermigrasjon langs forseglingen, og hvor mye som vil løses i vann og bindes i mineraler. Man har laget verktøy for å beregne risiko for saltutfelling som reduserer injektivitet. Resultatene fra de ulike modellene kan kobles sammen og videreutvikles, samt brukes I studier av andre reservoarer. Resultatene i prosjektet er sammenstilt I en Best Practices Manual. Dette er et levende dokument, som vil oppdateres etterhvert som de siste publikasjonene ferdigstilles, og være åpent tilgjengelig for industri og ellers interesserte. Det har vært stadig formidling av resultater I populærvitenskapelige fora og resultatene fra CO2 Upslope brukes også i undervisningen ved UiO.

Det overordnede målet i CO2 Upslope har vært å utvikle bedre metoder for å estimere effekt av lagringsmekanismer i dynamiske reservoarer. Nye beregningsmetoder for topografisk innfangning, injektivitet (spesielt saltutfelling) og mineralisering er svært relevant for en rekke aktuelle lagringsprospekter, både på norsk sokkel og internasjonalt. Det har vært god måloppnåelse i prosjektet. Prosjektet har i høy grad vært tverrfaglig, med samarbeid mellom UiO, Sintef og GEUS, og har ført til bedre forståelse av reservoaregenskaper i Gassum mellom norsk og dansk side av Skagerak. Metoder og modeller publiseres åpent tilgjengelig, og vil kunne brukes videre til øvrige caser og i alternative applikasjoner. Formidling om lagringssikkerhet har vært prioritert. Med økt kunnskap om lagringsmekanismer vil det kunne bli større aksept for og initiativ til CCS blant folk flest og beslutningstakere, et skritt i retning av rask utslippsreduksjon i tråd med nasjonale mål.

There are several storage candidates on the Norwegian Continental Shelf which may be characterized as semi-open, sloping aquifers. Improved reservoir characterization of such candidates is needed in order to fulfil an overview of national storage options, in which the chemical and physical immobilization potential is considered as enhancing storage security and capacity. The CO2-UPSLOPE project seeks to demonstrate how CO2 storage in sloping aquifers is feasible and even a suitable measure for increasing estimates of available storage volumes on the Norwegian Continental Shelf. Moreover, CO2-UPSLOPE will demonstrate optimized storage applying innovative use of commercial software and advanced in-house modelling tools, estimating the storage potential in the Gassum Formation in Skagerrak. CO2-UPSLOPE benefits greatly from the extensive knowledgebase and technical experience on CCS modeling from the three main partners UiO (FME-SUCCESS), GEUS, and SINTEF Oslo. CO2-UPSLOPE will provide invaluable knowledge on the long-term safety of CO2 storage in sloping and open aquifers; a fundament for policy makers and CCS stake holders. Increased confidence in CO2 storage in such aquifers may be crucial in reaching the goal of 40% national cuts within 2030.