Karbonfangst og -lagring (CCS) aksepteres av det internasjonale vitenskapelige samfunnet som det mest passende kortsiktige tiltaket for å begrense CO2-utslipp i atmosfæren og slik unngå reversible endringer av jordas klima. Mens fangst og lagring er ekstremt viktig for å tillate en reduksjon av karbonutslippet, må passende og økonomisk gjennomførbare CO2-transportløsninger sikres for å muliggjøre CCS. Unngåelse av lekkasjer eller svikt i hele transportkjeden er nøkkelen til å sikre prosessens levedyktighet slik at CO2 ikke går tapt under transport.
Transport av høytetthets- eller flytende CO2 representerer en utfordring for mange av materialene som kommer i kontakt med den. Spesielt kan polymermaterialer undergå midlertidige eller permanente endringer i strukturen som kan påvirke deres ytelse. Det finnes betydelige kunnskapshull i hvordan polymermaterialer påvirkes av flytende CO2. CO2 EPOC-prosjektet lukker disse kunnskapshullene ved å undersøke kompatibiliteten mellom polymermaterialer og CO2-strømmer.
Ved å vurdere typene polymermaterialer som brukes i eksisterende infrastruktur for olje- og gasstransport, sammen med en gjennomgang av polymermaterialer som ikke brukes til olje- og gasstransport (men som kan være relevante for CO2-transportapplikasjoner), ble en rekke polymerer (termoplastiske polymerer og elastomerer) valgt ut for analyse i CO2 EPOC. Disse ble karakterisert under laboratorieforhold som samsvarte med forholdene som polymerene ville oppleve i CO2-transportapplikasjoner. Siden noen polymerer kan absorbere betydelige mengder CO2, noe som forårsaker svelling og som påvirker mekaniske og barriere egenskaper og størrelse og form på polymerkomponenter, ble effekten av CO2 på disse polymerene undersøkt. Midlertidige effekter som kan oppstå i noen polymere når de utsettes for CO2-transportapplikasjoner, for eksempel volumetrisk svelling, CO2-indusert plastifisering (mykning) og permeabilitet, ble målt. Permanente effekter som kan oppstå i polymerene, for eksempel permanent massetap, endringer i mekaniske egenskaper og sprekkskader, ble målt etter eksponering. Utvalgte data fra disse testene ble brukt til å bygge grunnleggende modeller for hvordan disse polymerene kunne prestere under andre temperatur- og trykkforhold, noe som kan være relevant for forskjellige CO2-transportforhold.
To doktorgradskandidater har fullført doktorgraden sin i CO2 EPOC-prosjektet. 1 doktorgradsavhandling fra Universitetet i Oslo, fokusert på kompatibiliteten mellom CO2 og polymermaterialer basert på eksperimentelt arbeid. 1 doktorgradsavhandling fra Universitetet i Bologna, Italia, fokusert på å utvikle prediktive modeller for å beskrive interaksjonen mellom CO2 og polymermaterialer. I tillegg har 2 masterstudenter fra Universitetet i Bologna fullført studiene sine med å utføre eksperimentelt arbeid i prosjektet.
Lenker til publiserte resultater fra CO2 EPOC-prosjektet, sammen med prosjektets nyhetsbrev, er tilgjengelige på CO2 EPOC-prosjektets nettside. Nettsiden inneholder lenker til nylige publikasjoner og presentasjoner fra to åpne webinarer organisert i CO2 EPOC. Prosjektets nettside finnes her: https://www.sintef.no/en/projects/2020/co2-epoc/
Outcomes: The project has generated knowledge on how a range of polymers are affected by CO2. The use of polymers is necessary in gas transport, for example as seals to prevent leakage between metal components. The CO2 value chain is full of knowledge gaps that hinder the selection of polymers for these applications. The industrial partners need this knowledge in their practice of risk-assessing the re-use of existing oil and gas infrastructure for CO2 transport, or when designing new equipment. This knowledge is made public via series of publications as described in the dissemination plan. The project has also trained masters and doctoral students with advanced competence in this field.
The data generated in the CO2 EPOC project is of primary interest for engineers and technicians working within the CO2 transport field. The results enable a more educated selection of polymeric materials within the CO2 transport chain, which may also include the re-use of the current oil & gas infrastructure.
The fundamental models developed in the project may also be of interest outside the CCS (carbon capture and storage) field. The fundamental nature of the model allow it to be extended also to other technical areas, involving exposure of polymeric materials to gases under harsh conditions (high/low temperature, high pressure, presence of contaminants, continuous operations). Transport of natural gas or hydrogen can be two examples of other fields where the model results can be of interest.
Impacts: Safe, reliable and cost effective transport infrastructure is key for the full-scale deployment of CCS. Any losses of CO2 due to polymer seal leakage during gas transportation undermines the efforts used in capture. Therefore, results from the project help to enable safe and reliable (long-life and low leakage) operations, which will accelerate the implementation of CCS into society.
Sustainable and efficient deployment of carbon capture and storage (CCS) requires suitable and reliable solutions at all levels of the value chain. Demonstrations of capture and storage technologies developed in the last decades have already realised a TRL able to support a quick CCS deployment, but knowledge gaps still exist regarding which polymer materials may be safely and effectively used in the CO2 transport infrastructure (e.g., elastomeric seals, gaskets, pipe liners etc as leakage seals and protective barriers). Transport of supercritical CO2 by pipeline or transport of cryo-compressed CO2 by ship create very different, but both highly demanding environments. These environments have different effects on polymeric materials, and can lead to transient and permanent changes in the materials (such as stiffening, cracking, seal leakage and premature part failure), resulting in re-emission of the CO2 during transport.
The CO2-EPOC project aims to create knowledge on the compatibility between polymeric materials and CO2 streams to aid proper selection of polymer-based materials across the CO2 transport infrastructure (pipelines and ships) in order to avoid leakage and failure. Any losses during transport of the CO2 due to leakage greatly undermines the efforts spent on CO2 capture. The goal will be pursued by implementing a multilevel approach, spanning from experimental characterization of how representative polymers react to CO2 (including contaminants), to fundamental modelling to predict this behaviour in other application scenarios. Synergy between the levels will give improved understanding of the effect of CO2 on polymer materials, providing much needed knowledge for the design of efficient and reliable CO2 transport systems.
