Fossila bränslen (kol, olja och naturgas) svarar för en stor del av världens energiförsörjning. Förbränningen av fossila bränslen resulterar i en förhöjd halt av koldioxid i atmosfären. Den ökande halten påverkar jordens klimat.

Det pågår för närvarande ett omfattande utvecklingsarbete för att få fram metoder för att använda kol och andra fossila bränslen utan att till atmosfären släppa ut koldioxid. Dessa metoder går under samlingsnamnet CCS (Carbon Capture and Storage), vilket på svenska kan kallas avskiljning, transport och lagring av koldioxid.

AVSKILJNING

Det finns idag tre huvudsakliga metoder som är tillämpbara för fossila bränslen: Postcombustion, Precombustion och Oxyfuel. Gemensamt för dem alla är att koldioxid avskiljs, koncentreras och trycksätts. Trycksatt koldioxid i vätskefas passar för transport till lämplig lagringsplats och för permanent lagring i geologiska formationer.

Postcombustion capture innebär att koldioxid avskiljs efter förbränningen. Precombustion capture innebär att koldioxid avskiljs före förbränningen. Oxyfuel-metoden bygger på förbränning i syrgas och efterföljande avskiljning av koldioxid. De tre metoderna beskrivs kortfattat nedan.

Postcombustion kan användas för att avskilja koldioxid ur rökgaserna från konventionell förbränning i kraftverk och i industriella anläggningar. Metoden kan därmed även komma till användning vid ombyggnad av befintliga anläggningar. Postcombustion bygger på att rökgaserna tvättas med en aminbaserad absorbent, vanligen vattenbaserad monoetanolamin (MEA). Det är möjligt att använda andra absorbenter. Kyld ammoniak och kaliumkarbonat är två möjliga alternativ.

Innan rökgaserna behandlas i ett absorptionssteg måste såväl partiklar som svaveloxider tas bort. Partiklarna avlägsnas med hjälp av ett stoftfilter, varvid den erhållna flygaskan matas ut som avskilt stoft.  Svaveloxiderna behandlas med kalk i en avsvavlingsanläggning och bortförs från anläggningen i form av gips.

Koldioxiden som avskiljs i absorptionssteget binds kemiskt i vattenlösningen. Den koldioxidhaltiga lösningen förs vidare till en stripper där den infångade koldioxiden drivs av och separeras från aminlösningen. Därefter komprimeras den avskilda koldioxiden, varvid den övergår till vätskefas, och blir härigenom lämplig att hantera för nästa steg i processen: transport och lagring. Absorbenten recirkuleras och används på nytt.

Precombustion bygger på en teknik kallad IGCC – Integrated Gasification Combined Cycle. Processen sker i tre steg. I en förgasningsreaktor bildas först en syntesgas bestående av kolmonoxid och vätgas. Partiklarna i syntesgasen avskiljs i ett stoftfilter. Detta görs för att förhindra skador på gasturbinen och för att eliminera andra problem i de efterföljande processtegen.

I nästa steg omvandlas kolmonoxid till koldioxid genom oxidation. Detta sker genom reaktion med vatten enligt den s.k. skift-processen. Huvudkomponenterna i gasen är nu koldioxid och vätgas.

I det tredje processteget separeras koldioxiden från vätgasen. Separationen utförs genom absorption av koldioxid i en absorbent. Vätgasen går till förbränning i en gasturbin. Koldioxiden, som nu är bunden till absorptionsmedlet, drivs av och komprimeras därefter till vätska för vidare transport för lagring. Absorbenten återförs och används på nytt.
 

Oxyfuel är en process där förbränningen äger rum i en blandning av syrgas och recirkulerad koldioxidrik gas. Syrgas erhålls genom att separera luftens innehåll av syre och kväve med hjälp av s.k. luftseparation. Bränsle förbränns i pannan tillsammans med syrgas, varvid koldioxid och vatten bildas i rökgaserna. Genom att återföra en del av den bildade koldioxiden kan temperaturen i eldstaden kontrolleras.

Bottenaska tas bort genom utmatning i botten på pannan medan flygaska avskiljs i ett stoftfilter. Därefter behandlas rökgaserna i en avsvavlingsanläggning där svavlet tas bort. Det avskilda svavlet matas ut i form av gips. I nästa steg kyls rökgaserna, varvid vattnet separeras från koldioxiden genom kondensation. Koldioxiden komprimeras till vätska och förs från anläggningen för vidare transport och lagring.

TRANSPORT

Efter att koldioxiden har avskiljts vid kraftverket kommer den att transporteras till lagringsplatsen. De lämpligaste alternativen för att transportera koldioxid är transport via pipeline eller med fartyg. Vid transport i pipeline komprimeras koldioxiden under högt tryck, mer än 74 bar, och befinner sig i tillstånden ”dence phase liquid” eller superkritisk. I detta tillstånd är koldioxiden pumpbar. I fartyg transporteras koldioxid nedkyld och vid lägre tryck. I ett inledande skede används även tankbilar för transporterna

LAGRING

Koldioxid finns naturligt i geologiska formationer på samma sätt som olja och naturgas. Den grundläggande tanken är att geologisk lagring av koldioxid ska efterlikna den redan naturligt förekommande. För att begränsa koldioxidens volym måste lagringen ske i geologiska formationer på sådant djup att superkritiska egenskaper kan upprätthållas, dvs. på ca 1 km djup eller mer. Det innebär att koldioxiden då uppträder som en vätska och kräver väsentligt mindre utrymme än gasformig koldioxid.

Lagringen sker i porösa bergarter. För att koldioxiden ska hållas kvar måste det finnas en tät bergart, s.k. caprock, ovanför reservoaren. Lagring kan ske i geologiska formationer på land såväl som till havs.

Tre lagringsalternativ bedöms främst vara av intresse för långsiktig lagring av koldioxid.

Tömda olje- och gasfält kan fungera väl som koldioxidlager. De har visat sig ha god förmåga att anrika och hålla kvar olja och gas i miljontals år. Koldioxid kan pumpas in i de utrymmen som lämnats tomma efter utvinning av olja och gas.

I befintliga olje- och gasfält kan koldioxid injekteras och på så sätt samtidigt förbättra utvinningen av olja och gas i reservoaren.

Saltvattenakvifärer. Dessa geologiska formationer innehåller saltvatten. Koldioxid injekteras och formationens porutrymme av saltvatten ersätts med koldioxid som delvis löser sig i vattnet.  Den resterande delen blandas mycket långsamt i akvifären Koldioxid kommer därmed att fungera som en separat vätska under lång tid. Den lösta koldioxiden mineraliseras på lång sikt till karbonater genom kemisk reaktion med vissa mineral.

^