Characterization and prediction of the CO2 effect on polymeric materials within the CO2 transport chain

Karbonfangst og -lagring (CCS) aksepteres av det internasjonale vitenskapelige samfunnet som det mest passende kortsiktige tiltaket for å begrense CO2-utslipp i atmosfæren, og 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-utplasseringen. Spesielt er unngåelse av lekkasjer eller svikt i hele transportkjeden nøkkelen til å sikre prosessens levedyktighet, og sikre at innsatsen for CO2-fangst ikke går tapt på grunn av lekkasje under transport. Transport av tett eller flytende CO2 representerer en utfordring for alle materialene som kommer i kontakt med den. Spesielt kan polymere materialer som kan brukes som tetninger for å forhindre lekkasje eller barrierer for å beskytte metalliske komponenter mot CO2, undergå midlertidige eller permanente endringer i strukturen som igjen kan påvirke deres ytelse. Imidlertid er det betydelige kunnskapshull i hvordan polymermaterialer påvirkes av flytende CO2. CO2 EPOC-prosjektet har som mål å lukke disse kunnskapshullene ved å undersøke kompatibiliteten mellom polymere materialer og CO2-strømmer. En flernivåtilnærming vil bli brukt, fra eksperimentell karakterisering av hvordan representative polymerer reagerer på CO2 (inkludert forurensninger), til grunnleggende modellering for å forutsi denne oppførselen i andre applikasjonsscenarier. Denne kunnskapen skal formidles til å lukke disse kunnskapshull og muliggjøre et mer informert valg av polymeriske materiale i CO2-transportkjeden. To PhD-kandidater har blitt rekruttert i 2021 til å jobbe i CO2 EPOC ved Universitet i Oslo, Norge og Universitet i Bologna, Italia. Aktivitetene skal fokusere på: PhD1, Univ Oslo: kompatibiliteten av CO2 med polymeriske materialer basert på eksperimentelt analyse PhD2, Univ. Bologna: modellering av interaksjonen mellom CO2 og polymer materialer Resultatene fra prosjektet dissemineres via prosjektets nettside: https://www.sintef.no/en/projects/2020/co2-epoc/

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.