prop · GZ03125 · 2012-03-20 00:00:00 — När klimatkonventionens Kyotoprotokoll ratificerades innebar det att kvantitativa utsläppsåtaganden infördes för de länder som anges i bilaga 1 till protokollet och de så kallade flexibla mekanismerna. De tre flexibla mekanismer som anges i Kyotoprotokollet är mekanismen för ren ut- veckling (CDM), mekanismen för gemensamt genomförande (JI) samt handelssystemet med utsläppsrätter (ETS). Länder får då tillgodoräkna sig koldioxidlagring för att minska sina utsläpp enligt de riktlinjer som beslutats inom klimatkonventionen på grundval av rekommendationer från FN:s mellanstatliga panel om kli- matförändringar Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). De länder som har kvantitativa utsläppsminskningsåtaganden har alltså redan nu möjlighet att använda sig av avskiljning och lagring av kol- dioxid för att minska sina utsläpp, om de bedömer det som önskvärt och ekonomiskt försvarbart jämfört med andra åtgärdsalternativ. är ett av få länder som redan räknar in koldioxidlagringsprojekt (i Sleipnerfältet) i sin årliga inventeringsrapport. I övrigt är tekniken ännu alltför oprövad och för kostsam i relation till andra åtgärder. I en framtida klimatregim där betydligt fler länder har kvantitativa och mer ambitiösa åtaganden om utsläppsminskningar och utsläppsbegräns- ningar och när teknikerna för avskiljning och lagring har blivit kommer- siellt tillgängliga kan man förvänta sig en mer utbredd användning av avskiljning och lagring av koldioxid. Möjligheterna att finansiera avskiljning och lagring av koldioxid via utsläppsmarknaden genom att verksamhetsutövaren kan sälja utsläpps- krediter för motsvarande mängd koldioxid som undantas från atmosfären beräknas få stor betydelse för hur spridd tekniken blir. Detta beror i stor utsträckning på om utvecklingen av marknadspriset på utsläppsrätter når en sådan nivå att det geologisk lagring blir lönsam. Prisutvecklingen beror till stor del på hur stor efterfrågan på utsläppskrediter blir, vilket är direkt avhängigt av hur ambitiösa åtaganden om utsläppsminskning världens länder tar på sig i en framtida klimatregim. Koldioxidlagring i mekanismen för ren utveckling, CDM är det även tillåtet att tillgodoräkna sig koldioxidlag- ring under mekanismen för ren utveckling under Kyotoprotokollet (Clean Development Mechanism, CDM). Det innebär att ett land med ett kvanti- tativt åtagande under Kyotoprotokollet kan, genom att stödja genom- förande av koldioxidlagringsprojekt i ett utvecklingsland, använda sig av en del av den mängd utsläppsreduktioner som projektet genererar för att möta sitt nationella utsläppsminskningsåtagande. öka möjligheterna att utveckla och använda avskiljning och lagring av koldioxid även i utvecklingsländer, eftersom projekten kan finansieras med hjälp av försäljningen av utsläppskrediter. 7 Olika tekniska lösningar Det finns i huvudsak tre metoder för avskiljning av koldioxid : Post- combustion, Precombustion och Oxyfuel. Gemensamt för dessa avskiljningstekniker är att förbrukningen av hjälpenergi är betydande, vilket minskar den möjliga elproduktionen från t.ex. ett kraftverk. Utmaningarna framöver är därför att effektivisera och utveckla teknikerna vidare genom forskning, utveckling och demonstra- tion, vilket pågår runt om i världen. Parallellt pågår även forskning och utveckling av andra avskiljningstekniker, men dessa har ännu inte nått samma utvecklingsfas. Postcombustion innebär att koldioxid avskiljs efter förbränningen, dvs. Den längst utvecklade metoden innebär att rökgaserna tvättas med en vattenbaserad absorbent, vanligtvis en amin. Även andra absorbenter kan förekomma såsom kyld ammoniak och kaliumkarbonat. Koldioxiden binds kemiskt till absorbenten vid ett visst tryck och tempe- ratur. Avskiljning av koldioxiden sker genom att tryck och temperatur ändras. Alstom genomför tillsammans med E.ON pilotförsök för att avskilja koldioxid med kyld ammoniak efter en liten panna vid . Postcombustion bedöms vara den teknik som kommer att vara enklast att tillämpa på befintliga anläggningar eftersom själva avskiljningen sker i rökgasströmmen efter förbränningen. Nackdelen är att processen är energikrävande och kräver stora mängder kemikalier. Precombustion innebär att koldioxid avskiljs innan förbränning och är användbar vid förgasningsprocesser. Metoden bygger på en teknik som kallas IGCC Integrated Gasification Combined Cycle. Första steget är att syntesgas (kolmonoxid och vätgas) genereras i en förgasningsreaktor. Genom oxidation med vatten övergår kolmonoxiden i gasen till koldioxid som mer vätgas bildas. Koldioxiden separeras från vätgasen med hjälp av en absorbent. Vätgasen går till förbränning i en gasturbin. En fördel med att avskilja koldioxiden innan förbränning är att proces- sen blir mindre energikrävande. Nackdelen är att den genererade gasen måste förbrännas i IGCC-kraftverk, som är dyrare än konventionella Oxyfuel innebär förbränning med syrgas i stället för med luft. bränningen avskiljs luftens innehåll av kväve. i en blandning av ren syrgas och recirkulerade rökgaser. av rökgaser behövs för att inte temperaturen vid förbränningen ska bli för Med denna teknik innehåller rökgaserna efter förbränningen i huvudsak koldioxid och vattenånga. I ett sista steg kyls rökgaserna och vatten separeras från koldioxiden genom kondensation. En stor fördel med denna teknik är att den minimerar utsläppen av kvicksilver från kolförbränning, vilket är en av de största källorna till Att avskilja koldioxid med hjälp av förbränning i ren syrgas är en av de metoder som provas i pilotskala. har vid Schwarze Pumpe i byggt en 30 megawattimmars syrgaseldad kolpanna för avskilj- ning av koldioxid från kolförbränning. En nackdel med oxyfueltekniken är att den inte går att applicera direkt på befintliga anläggningar. De måste antingen vara byggda för detta eller så krävs stora ombyggnationer. Transport av koldioxid är inget nytt i sig men de mängder, miljontals ton koldioxid, som kan bli aktuellt att transportera från utsläppskällan till lagringsplatsen har tidigare inte varit vanligt förekommande. Koldioxid transporteras både med lastbil, tåg och båt samt pipelines men en- bart de två senare alternativen lämpar sig för de volymer som kommer att bli aktuella vid avskiljning av koldioxid. Koldioxidtransport på tåg och lastbil sker framförallt för livsmedelsindustrins behov (S. Grönkvist et al, koldioxidavskiljning i , forsknings- stiftelse, ). Svenska förhållanden är speciella även i ett europeiskt perspektiv där har väldigt små koldioxidutsläpp från kraftproduktion men för- hållandevis stora utsläpp från gruv- och stålindustri, petroleumindustri och kalk- och cementindustri. har även stora utsläpp av koldioxid med biogent ursprung från bl.a. pappers- och massaindustrin och bio- bränsleeldade kraftvärmeverk, vilka kan tänkas bli aktuella för avskilj- ning av koldioxid beroende på utformningen av regelsystemen kring ut- släppsrätterna. större punktutsläpp av koldioxid är spridda över landet medan våra möjligheter till lagring, med rådande kunskapsläge, är begränsade till de södra delarna av landet. De lämpligaste transportalternativen från avskiljning till lagring av kol- dioxid är via rörledningar eller med fartyg. Rörbunden transport Prop. Vid rörbunden transport komprimeras koldioxiden under högt tryck, mer än 74 bar, vilket innebär att koldioxiden övergår till superkritisk vätska och därmed blir pumpbar. Rörbunden transport har bl.a. fördelen att stora mellanlager inte behövs, men nackdelen är att rörsystem kräver stora investeringar i infrastruktur. Det finns flera exempel på pipelines för transport av stora kol- dioxidmängder där koldioxiden används för att öka utvinningen i oljefyn- digheter. Majoriteten av dessa system för rörbunden transport av kol- dioxid finns i (koldioxid och pipelines) men även i används tekniken för ökad oljeutvinning. Koldioxiden som transporteras i dessa ledningar kommer från naturliga koldioxidkällor eller från koldioxid som avskilts i samband med förgasning av kol eller vid utvinning av naturgas. Den största ledningen, Cortez, är och transporterar 20 mil- joner ton koldioxid . Under demonstrationsfasen av tekniken kommer rörledningar med dimensioner () att vara lämpliga och senare i ett längre tidsperspektiv när tekniken har etablerats kommer dimensioner () att krävas. Generellt grävs rörledningarna ner i marken men kan gå ovan mark kortare sträckor där det inte går eller är olämpligt att gräva ner ledningarna. Ledningarna måste därför göras i material som klarar den temperatur som kan förekomma i den del av landet där rörledningen dras. För naturgasledningar finns ett väl inarbetat regelsystem för att minimera riskerna att läckage uppstår. Det finns dock skillnader i de fysi- kaliska egenskaperna hos koldioxid och naturgas till vilka hänsyn måste tas vid utformningen av nya delar för koldioxid i regelsystemen. Kol- dioxiden kommer att vara i vätskeform och kommer inte att vara ren utan innehålla föroreningar p.g.a. att den är avskild från rökgaser från olika typer av industrier. Detta kan ge andra korrosionsförlopp hos ledningarna än vid transport av naturgas, vilket kan ge andra krav på material i rör och andra delar i ledningssystemet som kommer i kontakt med kol- dioxiden. Dessutom kommer koldioxiden att bete sig annorlunda än naturgasen vid ett eventuellt läckage. Vid läckage av naturgas så är brandrisken den primära faran. Koldioxiden kommer i stället att genomgå en fasövergång från vätska till gas och kommer därmed att koka. Vid utsläppskällan kan lokalt höga halter av koldioxid i gasfas bildas som har en mycket hälsofarlig effekt på människor och djur. Vid expansionen uppstår vidare en kylningseffekt och kolsyreis kommer att kunna bildas. För att kunna bedöma hur föreskrifter för säkerheten ska utformas bör det utredas hur kylan och vätskefasgasfas-övergången påverkar rörledningarna. Forsk- ning inom området som kort beskrivs ovan kommer att bedrivas inom Den , i projektet . I fartyg transporteras koldioxiden nedkyld vid ett lägre tryck, cirka 15 bar. Även vid specifika låga tryck- och temperaturförhållanden be- finner sig koldioxiden i ett flytande tillstånd. Fartyg är mer flexibla med avseende på transportvägar, men de kräver mellanlager för koldioxid. För avskiljning från landbaserade anläggningar och transport till närligg- ande landbaserade lagringsställen är rörledningar i stort sett det enda rimliga alternativet. För stora punktutsläpp i närheten av hamnar är det troligt att huvud- alternativet i ett inledande skede är en kort rörledning över land till ett mellanlager för vidare transport med fartyg. Många av de stora svenska punktutsläppen ligger med närhet till vatten eller hamnar. När avskiljning och lagring av koldioxid når en mer mogen fas i ut- vecklingen kan även rörbunden infrastruktur både på land och i havet vara en möjlighet. Det gäller framförallt i de fall det finns stora kluster av punktutsläpp eller då lagringsplatsen ligger i närheten av land. Med några undantag är de anläggningar inom och de baltiska länderna som kunde vara kandidater att använda koldioxidavskiljning och lagring inte geografiskt belägna vid den infrastruktur för koldioxid- transport som förväntas i nordvästra . Därför kan man räkna med att fartygstransport till sådan infrastruktur åtminstone initialt kan vara ett alternativ. Injektering, dvs. tillförsel av koldioxid till lagret, sker från en injekter- ingsanläggning. Anläggningen är placerad i anslutning till lagret antingen på land eller på en plattform till havs. Innan koldioxiden injekteras i lagret går den till en kompressorbyggnad i injekteringsanläggningen där trycket höjs. Injekteringen sker kontinuerligt via ett borrhål ner till den geologiska formationen. För att öka injekteringshastigheten kan antalet borrhål ökas. Ett bra koldioxidflöde från ett borrhål ut i en berggrund med hög porositet förutsätter att den geologiska formationen har hög per- meabilitet (genomsläpplighet). behövs konti- nuerlig övervakning för att kontrollera injekteringsbrunnens funktion och för att mäta den injekterade koldioxidens mängd, koncentration och föroreningshalt samt för att följa koldioxidens spridning och beständighet i lagret. Övervakning är även nödvändigt för att optimera lagringsutrym- mets användning, justera injekteringstrycket samt för att upptäcka even- tuella läckage. Geologisk lagring av koldioxid kan ske i porös och permeabel (genom- släpplig) sedimentär berggrund (t.ex. sandsten), där koldioxiden lagras i sandstenens porer och ersätter den ursprungliga formationsvätskan. Detta sker under tryck- och temperaturförhållanden där koldioxiden befinner sig i ett flytande, s.k. superkritiskt, tillstånd. Detta förutsätter att lagrings- platsen håller en temperatur på och har ett tryck på Prop. 2011/12:125 73,6 bar, vilket innebär ett lagringsdjup på . För att den injekterade koldioxiden ska stanna kvar i lagringsplatsen är det viktigt att lagringsplatsen är avgränsad, vilket innebär att den kan vara utformad som en så kallad geologisk fälla. Dessa geologiska fällor är utformade efter berggrundens naturliga geologiska förutsättningar. Det är samma geologiska förutsättningar som gör att förekomster av olja och gas finns i berggrunden och det är en faktor som begränsar storleken av en hydraulisk enhet i sedimentär berggrund. Eftersom injekterad koldioxid i superkritiskt tillstånd har en lägre den- sitet än den ursprungliga formationsvätskan i bergarten samlas den injek- terade koldioxiden initialt högst upp i den geologiska fällan. De geolo- giska fällorna avgränsas uppåt av en tät så kallad takbergart som finns ovanpå akvifären. Den består ofta av en finkornig sedimentär bergart eller sediment (t.ex. skiffer, lersten eller lera) med mycket låg permeabi- litet och som hindrar porvätskan i den underliggande sandstenen att stiga upp mot markytan eller havsbotten. Naturliga gränser som förhindrar koldioxidens utbredning i främst sidled kan var förkastningar, föränd- ringar av permeabilitet och porositet inom den geologiska formationen eller storskaliga konvexa domformade strukturer, som bildats genom veckning av berggrunden. Det finns även möjligheter använda sig av akvifärer utan fysisk hori- sontell avgränsning som en lagringsmöjlighet. Nya studier har visat att även lagring i akvifärer med regional utbredning utan förekomst av hori- sontellt avgränsade strukturer kan vara möjlig och i vissa fall mer fördel- aktig från lagringssynpunkt. pågår forskning och numer- iska modelleringar på flera olika platser på jorden och det är inte uteslutet att den största potentialen till lagring kommer att finnas i djupa akvifärer utan horisontellt avgränsade strukturer. Olika exempel på hur ett koldioxidlager kan vara geologiskt avgränsat. A: Konvex domstruktur, B. Genom en förkastning, C: Förändringar av porositet och permeabilitet inom en geologisk formation, D. Djupa saltvattensakvifärer i sandsten På djupet i berggrunden finns akvifärer där formationsvätskan utgörs av När koldioxiden injekteras till denna typ av lag- ringsutrymme stiger koldioxiden, på grund av densitetsskillnader, initialt uppåt mot den tätande takbergarten och ersätter det saltvatten som ur- sprungligen fyllt porutrymmena i sandstenen. oxiden i det salta vattnet. Det koldioxidmättade saltvattnet blir då tyngre och sjunker nedåt i akvifären. har i medeltal av den ursprungliga mängden lagrad koldioxid löst upp sig i formations- vätskan. sker också nybildning av genom kemiska reak- tioner mellan den lagrade koldioxiden och befintliga silikatmineral rika på kalcium, magnesium och järn. Dessa reaktioner är mycket långsamma (hundratals år) och andelen mineralbunden koldioxid kan därför tas med i beräkningarna först på lång sikt. Tomma olje- och gasfält Dessa typer av lagringsplatser är utformade efter samma geologiska för- utsättningar som de djupa saltvattensakvifärerna, dvs. de består av en porös och permeabel sandsten. Porerna i sandstenen är på dessa platser så gott som tomma (eller fyllda med annan formationsvätska), eftersom den olja och gas de en gång varit fyllda med har exploaterats. Som följd av detta har en trycksänkning uppstått i lagren som underlättar injektering och lagring av koldioxid. Även här kommer det att ske nybildning av mi- neral genom kemiska reaktioner mellan den lagrade koldioxiden och be- fintliga i sandstenen. I har det inte funnits någon stor produktion av olja eller gas, vilket innebär att denna sorts lagringsplats knappast är aktuell . Även olje- och gasfält som inte är uttömda kan ha de geologiska förut- sättningar som krävs för en möjlig lagringsplats för koldioxid. Man behö- ver då ta ställning till hur man hanterar möjligheterna för olje- och gasut- i samband med lagringsverksamheten. Lagring i berggrund med kolförande lager Lagring i berggrund med kolförande lager är aktuellt där det finns oex- ploaterade kolförekomster som av olika anledningar inte är aktuella för brytning. När koldioxiden har injekterats absorberas den på kolpartik- larna och annat organiskt material. Denna typ av koldioxidlager är inte aktuellt för då det inte finns någon känd lämplig kolförande berggrund. Lagring i saltdomer (saltdepåer i berggrunden) Stora förekomster av salt i berggrunden bildar i allmänhet domer. Detta finns t.ex. i norra . Denna sorts lagringsmöjlighet är inte aktuell för då den svenska berggrunden inte omfattar några stora kända saltförekomster. Lagring i kristallin berggrund kan även lagring av koldioxid med hjälp av magnesiumrika berg- arter i kristallin berggrund vara aktuellt, då det är känt att koldioxid kan bindas till magnesium. Det finns också studier som fokuserat på möjlig- heten att lagra koldioxid i sprickrik kristallin berggrund. Mer forskning krävs dock innan lagring i kristallin berggrund kan bli verklighet. Karbonatisering (eng. carbonation) är en industriell process med syfte att binda koldioxiden vid basiska bergarter. Eftersom karbonatisering inte är geologisk lagring av koldioxid, omfattas det inte av direktivet mer än vad gäller för avskiljning och transport av koldioxid. Mer forskning krävs för att denna metod ska bli verklighet, men det är en mycket intressant metod för länder med stora utsläpp av koldioxid och begränsad lagrings- kapacitet, eller där lagring kräver långa transporter av koldioxid. geologiska undersökning (SGU) har genomfört en utredning för att närmare beskriva förutsättningarna för geologisk lagring av koldioxid Utredningen visar att med rådande kunskapsläge är stora delar av svensk berggrund utesluten för koldioxidlagring på grund av att det svenska urberget har alltför låg porositet och därmed för dålig lagrings- geologiska undersökning har i stället fokuserat på po- tentialen i kända områden med yngre sedimentär berggrund. omfattning berörs även lagring under andra geologiska förutsättningar som i nedslagsstrukturer från meteoritnedslag och i äldre sandstensfor- Syftet med utredningen har varit bl.a. att förbättra det geo- vetenskapliga beslutsunderlaget för myndigheter och industri i samband med det svenska genomförandet av CCS-direktivet. Nedan följer en översiktlig sammanställning av eventuella lagrings- Avsikten är inte att peka ut specifika eventuella framtida svenska lagringsplatser utan att ge en mycket kortfattad översikt över förutsättningarna i . För mer detaljerad information kring geologiska förhållanden och lagringspotential hänvisas till rapporten från geologiska unersökning (Lagring av koldioxid i berggrunden krav, förutsättningar och möjligheter, SGU:s Rapporter och meddelan- den 131). Den sedimentära berggrunden i och består av äldre (1 2001 ) sandstenar och kvartsiter, samt yngre () främst sandstenar och kalkstenar. känd från översiktliga geofysiska undersökningar samt två befintliga borrhål i (Finngrundet och ). minära bedömning som geologiska undersökning har gjort är förutsättningarna för lagring små i dessa delar. Förutsättningarna för att lagra koldioxid på svenskt territorium i från till sydvästra finns i geologiska formationer under havsbotten i södra , sydost om . delen av berggrunden är de kambriska sandstenarna (542488 miljoner år gamla) som tillhör File Haidar-formationen och Borgholmsformationen. prospektering efter främst olja innebär att det finns relativt om- fattande geofysisk och geologisk information från detta område i form av seismik och borrhålsinformation. De mest aktuella geologiska formatio- nerna fortsätter troligtvis in i polsk, rysk och litauisk ekonomisk zon, vilket kan påverka möjligheterna för lagring här. Även i havsområdet utanför sydvästra innebär tidigare prospek- tering efter olja, gas och salt att det finns relativt omfattande geofysisk och geologisk information. Djupt liggande regionalt utbredda sandstens- akvifärer avlagrade under krita, jura och trias finns här på 1 . Relativt omfattande geologisk, hydrogeologisk och geofysik information visar på generellt mycket goda egenskaper som gör dem in- tressanta för koldioxidlagring. I sydvästra vid gränsen mot finns ett mindre om- råde där de geologiska formationerna bildar en konvex domformad struk- tur som skulle kunna vara ett lämpligt alternativ till lagring av koldioxid. För detta område finns det också information från tidigare geofysiska och geologiska underökningar. Den delen av berggrunden som skulle vara in- tressant utgörs av sandstenar (gamla) och kan jäm- föras med den som finns på land i sydvästra . I sydvästra finns sedimentär berggrund (mesozoiska sandsten) som bedömts kunna utgöra en potentiell lagringsplats. De identifierade akvifäravsnitten ligger på lämpligt djup, har tillräcklig tjocklek, uppvisar tillräckligt bra akvifäregenskaper (porositet, permeabilitet) och har en stor utbredning. Det saknas dock information för att med större sannolikhet kunna bedöma områdets potential, bl.a. på grund av att det inte finns tydligt avgränsade strukturer. Även risken för eventuell påverkan på en lagringsplats på grund av seismisk aktivitet behöver utre- das närmare. Sedimentär berggrund på land i finns längs med hela fjällranden, , runt , , , , , , samt . Generellt sett är den sedimentära berggrun- den på land för grunt belägen för att vara aktuellt för lagring av kol- dioxid. För att bättre kunna bedöma potentialen för koldioxidlagring i behöver de områden som geologiska undersökning preliminärt har pekat ut undersökas vidare. I ett första skede är simuleringar och mo- delleringar av spridningsförloppet i akvifärerna nödvändiga. I ett senare skede kommer också utökade undersökningar och borrningar att behövas. Innan en lagringsplats verkligen blir aktuell krävs omfattande plats- specifika undersökningar för att säkerställa att de geologiska förutsätt- ningarna är lämpliga så att det går att uppnå en fullständig och varaktig inneslutning. 9Lagringsmöjligheter i andra länder i och runt geologiska undersökning (SGU) har i en rapport, Lagring av koldioxid i berggrunden, gjort en sammanställning av tillgänglig infor- mation om lagringsmöjligheter i andra länder i och runt Öster- sjön. erbjuder mycket gynnsamma geologiska betingelser för lag- ring av koldioxid, dels i mycket stora och lämpliga saltvattenakvifärer men även som en del i utvinning av olja. Injektering av koldioxid är en teknik som används i många oljefält för att få ut mer olja än vad som är möjligt med andra tekniker. I pågår koldioxidlagring i fälten Sleipner och Snövit. Ytterligare planer finns. Dessa lagringsplatser har uppskattats ha en mycket stor kapacitet. bedöms ha relativt goda förutsättningar för koldioxidlagring i djupa akvifärer på land. Man har gjort ett flertal undersökningar och identifierat flera potentiella lagringsplatser med slutna strukturer i när- heten av punktkällor för koldioxidutsläpp. I övrigt är geologin i inte lika gynnsam för lagring av koldi- oxid. har knappast någon lämplig formation. , och har i sina ekonomiska zoner i troligtvis forma- tioner som skulle kunna innehålla delar med lämpliga egenskaper.