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 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. Denne kunnskapen formidles for å muliggjøre et bedre informasjonsgrunnlag for valg av polymermateriale i CO2-transportkjeden. To PhD-kandidater ved Universitet i Oslo, Norge og Universitet i Bologna, Italia nærmer seg slutten av doktoroppgavene sine. PhD1 - Universitet i Oslo sin PhD har fokus på kompatibiliteten av CO2 med polymermaterialer basert på eksperimentelle analyser. PhD2 - University of Bologna, Italia sin PhD har fokus på modellering av interaksjonene mellom CO2 og polymermaterialer. En nylig publikasjon presenterte sorpsjons-, diffusjons- og permeasjonsegenskapene til forskjellige fluorerte termoplaster etter eksponering av høytrykks karbondioksid. Videre analyse av de oppnådde resultatene ved hjelp av termodynamisk "Equation of State" (EoS) og standard transport modeller (STM) gir en representasjon av gasstransport gjennom disse polymerene. (https://doi.org/10.1021/acsapm.3c02056). Videre resultater fra prosjektet samt nyhetsbrev fra prosjektet deles på 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.