Safe Pipelines for Hydrogen Transport

På havbunnen i Norge har vi et 8800 km langt nettverk av rørledninger for transport av olje og gass. Om dette også kunne brukes til transport av hydrogengass, vil det være et svært viktig bidrag til utviklingen av fornybarsamfunnet. Hydrogen er det grunnstoffet det finnes mest av i universet. Samtidig er det en energibærer som kan spille en avgjørende rolle i overgangen fra fossil til fornybar energi. Norge innehar en viktig rolle som produsent og leverandør av energi til Europa, og har dermed et ekstra ansvar for å være en pådriver i denne utviklingen. Vi må imidlertid passe på at materialer som hydrogen kommer i kontakt med tåler det. I atomær form vil hydrogen kunne gå inn i metall og påvirke egenskapene negativt gjennom å forårsake såkalt hydrogensprøhet. Dette er bakgrunnen for at HyLINE vil undersøke hvordan materialet i både eksisterende og nye undervanns transport-rørledninger vil bli påvirket av hydrogengass, og hvordan vi kan redusere og unngå degradering av egenskapene til rørmaterialet. I prosjektet har SINTEF, NTNU og Kyushu Universitet (Japan) samarbeidet med industriselskaper som representerer hele verdikjeden i hydrogen-økonomien og med ledende, internasjonale forskningsmiljø innen forskning på hydrogensprøhet. De norske industripartnerne har vært energiaktørene Equinor, Gassco, Total E & P og Air Liquide, subsea-selskapet TecnipFMC og hydrogenprodusenten NEL. Internasjonal industriparter har vært stål- og rørledningsprodusenten TenarisDalmine (Italia) og på forskningssiden Kyushu Universitet (Japan). Prosjektet har bygget kunnskap og kompetanse som vil være del av grunnlaget for en avgjørelse om gjenbruk av eksisterenede rørledningsinfrastruktur til transport av hydrogengass. Mer spesifikt er dette kunnskap og resultater knyttet til 1) Opptak og diffusjon av hydrogen i stålet, 2) Hvordan strukturer i stålet på nano- og mikronivå påvirker hydrogenopptak, hydrogendiffusjon og mekaniske egenskaper, 3) Hvordan hydrogen påvirker motstand mot brudd og utmatting i rørledningsstål og 4) Utvikling av numeriske modeller for prediksjon av hydrogenpåvirket brudd.

- The HyLINE project has built a knowledge basis for the evaluation of reuse of existing subsea natural gas pipelines for hydrogen gas transport. - The project has strengthen the competence on the topic of hydrogen embrittlement and pipeline integrity under hydrogen gas conditions at SINTEF and NTNU and among the industry partners. - Three PhDs and one Post doc have been educated, and three of the candidates has been employed by Norwegian institutes and companies, hence strengthening the competence of hydrogen embrittlement in the Norwegian work force. - The results will be part of the knowledge basis for the decision regarding reusing existing subsea natural gas infrastructure for hydrogen transport from Norway to Germany. - The results will add to the international result and knowledge basis for the development of standards and guidelines for pipeline transport of hydrogen in existing natural gas infrastructure. - The results will be further utilized in the new KSP project HyLINE II focusing on the integrity of the welded joints of the subsea pipeline in pressurized hydrogen gas.

For Norway to be a substantial supplier of pure hydrogen gas to the European market, the gas must be transported through high pressure pipelines, both onshore and offshore. Hydrogen atoms (H) are known to migrate into metals and cause detrimental mechanical effects. Cathodic protection against corrosion is a well-known source of hydrogen, but exposing the full internal surface of a pipeline to high pressure hydrogen is a situation not addressed by current national standard for pipeline systems. Thus, hydrogen transport represents a new situation for the regulatory authorities, operators, owners and users of the existing pipelines and producers of new pipelines. All these stakeholders are contributing to HyLINE. The primary objective of HyLINE is to build fundamental knowledge and competence to ensure safe and efficient use of existing and new pipeline infrastructure. The main topics to be addressed are: - How can H get into the material? - How fast H gets into the material. - How much H can the material take? - What H does to the material when it has entered. - How to predict effects of H throughout the lifetime of a pipe. - How to mitigate these effects. Gaining further knowledge on these topics contain the secondary objectives of HyLINE, as well as educating 5-10 MScs and 4 PhDs. Materials and weldments will be selected based on their industrial relevance and susceptibility to the effects of H. Extensive experimental activities with strong coupling to model development of all the main topics, aim for results, methods and numerical tools that will extend the competence of all users in the hydrogen pipeline chain represented in HyLINE. The expected outcomes of the HyLINE will serve as a scientific foundation for future development of standards and practices for pipeline transport of high pressure hydrogen. Improved understanding of the effect of H on metals will also be of benefit to other parts of the process industry and the maritime sector in general.