Impact of CO2 impurities and additives in CCS

Høye kostnader og risiko er betydelige barrierer for storskala utbygging av systemer for CO2-fangst, -transport og -lagring (CCS). Kostnader og risiko kan reduseres ved f.eks. å få en bedre beskrivelse av lagrings- og injeksjonsdynamikk i reservoar- og prosessimuleringsverktøy. Dette krever imidlertid at man til stor nøyaktighet kjenner de termofysiske egenskaper for uren CO2 under forskjellige relevante forhold. Hvis disse egenskapene er usikre, kan det føre til for store og kostbare marginer i design og operasjon, men også risiko for ineffektiv injeksjon og lagring eller uforutsette og uønskede hendelser. Derfor er nøyaktige estimat av disse egenskapene under forskjellige forhold nødvendig for å realisere CCS på stor skala. For tiden er det store hull i dataene for de termofysiske dataene og tilsvarende stor usikkerhet i modellene. I ImpreCCS ble de viktige egenskapene tetthet, viskositet og varmeledningsevne målt for relevante CCS-blandinger. Reservoarmodellering relevant for det norske CCS-fullskalaprosjektet har også blitt gjennomført for å øke forståelsen av både injeksjon og reservoardynamikk. De nye målingene og reservoarmodellene belyser et forbedringpotensiale til nåværende modeller for termofysiske egenskaper. Dette vil bidra til å styrke forståelsen av oppførselen til uren CO2 i lagring og i grensesnittet mellom transport og lagring. Forbedrede modeller og forståelse vil bidra til reduserte kostnader og risiko i hele CCS-kjeden, og bidrar dermed i alle de tre satsningsområdene til CLIMIT: Tidlig fullskala CO2-verdikjede i Europa, storskala lagring av CO2 på norsk sokkel i Nordsjøen og fremtidige løsninger for CO2-håndtering. Under gjennomføringen av prosjektet har det vært fokus på målinger av viskositet og varmeledninsevne og reservoarmodellering. Prosjektet finansierte en ph.d.-kandidat ved NTNU. Hennes fokus var å gi nye data om viskositet og tetthet i væskefasen ved å bruke et nytt skreddersydd ECCSEL-anlegg til SINTEF Energi, og i gassfasen ved Ruhr-Universität Bochum. Prosjektresultatene har blitt publisert som vitenskapelige artikler i prestisjetunge journaler. I tillegg er prosjektresultatene presentert på to webinarer og i fem vitenskapelige konferansepublikasjoner, hvorav tre av disse også resulterte i publiserte konferanseartikler. Det har vært en rekke vitenskapelige møter med partnere i prosjektet, med høyt engasjement fra industrien.

The results of ImpreCCS narrow the data gaps in thermal conductivity and viscosity of CO2-rich mixtures. ImpreCCS results shed light on the variability of accumulation and well response due to changing properties of the injection stream. The combination of geometrical resolution and detailed compositional fluid modelling has the potential to be used as a detailed planning or control tool for well operations. The new high-quality experimental data for CO2-rich systems mixtures, together with the derived knowledge on the impact of impurities in injection and storage processes, have large implications both for economy and robustness for any process where these fluids flow, including CCS. Another impactful application is the calibration and verification of simplified pseudo models for integration in large-scale field simulations. Further, the data measurements can be utilized by research institutions for years to come. The competence gained in the process will enable further advances in experimental work related to CCS. The data produced will enable the institutions to build new models to the benefit of all CCS stakeholders.

High costs and risks remain significant barriers to large-scale implementation of carbon capture, transport and storage (CCS). Cost and risks can be reduced by better describing e.g. storage and injection dynamics in reservoir and process simulation tools, which will require accurate predictions of thermophysical properties of impure CO2. Uncertainties in these properties can therefore lead to costly overdesign and/or risk of inefficient injection and storage or unforeseen and undesirable incidents. Hence, accurate predictions of these properties are a necessity to realize large-scale CCS. Currently, there are large gaps in property data and correspondingly large uncertainties in models. In ImpreCCS, the crucial properties of viscosity, density, and thermal conductivity will be measured, and improved property models will be developed. The models will significantly improve the basis for understanding the behaviour of impure CO2 in storage and transport-storage interface processes, and will be employed in a reservoir modelling test case of Smeaheia, which will increase understanding of both injection and reservoir dynamics. The new fluid property models will be provided with an interface usable by industry, e.g. for reservoir simulators. Improved models and understanding will contribute to reduced costs and risks throughout the CCS chain, and thus directly addresses all three focus areas of CLIMIT: Early full-scale CCS value chain in Europe, large-scale storage of CO2 on the NCS, and future solutions for CCS.