Strømning av CO2 i rør

Bloggere: Svend Tollak Munkejord og Morten Hammer

Som vi skrev for litt siden, ser det internasjonale energibyrået, IEA, CO₂-fangst og -lagring (CCS) som et av de viktigste tiltakene for å redusere verdens CO₂-utslipp, slik at togradersmålet kan nås.

Dette betyr at vi i framtiden må transportere store mengder CO₂ fra fangstanleggene til stedene der CO₂-en lagres i undergrunnen. Mye av denne CO₂ transporten vil skje ved hjelp av rør.

Ingeniørene som bygger og driver slike rørsystemer, vil stille seg disse og liknende spørsmål:

• Hvis en del av rørledningen må trykkavlastes (dvs. man slipper ut innholdet) for eksempel på grunn av vedlikehold, hvor kaldt vil det bli? Noen materialer blir nemlig sprø ved lave temperaturer.
• Hvordan må rørledningen designes og drives for å unngå fare for at en eventuell lekkasje utvikler seg til et løpende brudd?
• Hva skjer med rørledningen når kraftverk X stenger ned når folk har laget morgenkaffen?
• Vil CO₂-en i røret være en væske («lett») eller en gass-væskeblanding («vanskelig»)?
• Hvor mye CO₂ strømmer i rørledningen (med tanke på f.eks. CO₂-avgift)?
• Hvor store pumper eller kompressorer trengs, og hvor mye faller trykket gjennom rørledningen?

For å få svar på slike spørsmål, brukes modellverktøy. En modell er i denne sammenhengen et sett med matematiske likninger som beskriver et mer eller mindre forenklet syn på virkeligheten. Når man skal beskrive strømning av en gass-væskeblanding av CO₂ med urenheter, så vil selv et «forenklet syn» være temmelig komplisert. Likningene må løses ved hjelp av spesialiserte metoder på datamaskin.

Må utvikle nye modeller for strømning av CO₂  i rør

Det finnes i dag gode modellverktøy som beskriver for eksempel strømning av olje og naturgass i rør. CO₂ oppfører seg på en annen måte, for eksempel dannes det CO₂ i fast form (tørris) ved fem bars trykk. Vi må derfor utvikle modeller som tar hensyn til det. For å få dette til, må vi arbeide både med modell-likningene og metodene vi bruker til å løse dem. Vi trenger også eksperimenter som er satt opp og utført på en smart måte, slik at de hjelper oss til å lage bedre modeller.

I en artikkel som i juni blir publisert i tidsskriftet International Journal of Greenhouse Gas Control, kom vi ett skritt nærmere gode modellverktøy for CO₂-transport. (Den interesserte leser som ikke har tilgang til journalen, kan lese vårt manuskript.)

Beregninger stemmer bra

Vi presenterte modeller og metoder som har blitt utviklet i prosjektet CO₂ Dynamics, med støtte fra Norges forskningsråd, Gassco, Statoil og Vattenfall. Vi tok for oss noen av de få publiserte eksperimentelle dataene som kan brukes til å utvikle CO₂-transportmodeller og sammenliknet våre modellberegninger med dem. Eksperimentene går ut på å fylle et rør med CO₂ og noen andre stoffer (som det typisk vil komme fra CO₂-fangstanlegg). Så åpner man røret, og måler utviklingen av trykk og temperatur på noen punkter inne i røret. Beregningene stemmer bra for trykket, og noenlunde bra for temperaturen.

For å oppnå enda bedre resultater, vil man måtte gå mer i detalj både når det gjelder modellikninger og eksperimenter, og det har vi tenkt å gjøre i de kommende årene.