Bewezen werkwijzen voor kooldioxidetransport en -opslag

Het beheer van industriële emissies met behulp van CCUS wordt steeds gewoner om het vrijkomen van schadelijk CO₂-broeikasgas (GHG) in de atmosfeer te voorkomen. Deze methoden zijn met name aantrekkelijk, omdat hiermee processen waarbij veel kooldioxide vrijkomt kunnen voldoen aan de voorschriften. Ze zijn met name waardevol als de mogelijkheden voor het verminderen van de GHG-output via verbetering van de proces-efficiëntie of hernieuwbare-energiebronnen beperkt zijn.

Hoewel de nadruk wordt gelegd op het ontwikkelen van efficiënte koolstofafvangmethoden is er ook volop activiteit downstream in de waardeketen. Nadat kooldioxidegas is afgevangen, moet het worden samengeperst, soms tot in een vloeibare toestand. Vervolgens wordt het veilig getransporteerd naar een zorgvuldig gekozen locatie voor het gebruik of de opslag. Er moet met talloze factoren rekening worden gehouden, zoals afstand, geografie, bestaande infrastructuur, milieu-effecten en transportkosten.

Momenteel worden er drie manieren van transport gebruikt: pijpleidingen, landtransport en zeetransport. Elke van deze methoden is beter geschikt voor bepaalde toepassingen en minder voor andere. Ongeacht de aanpak, het inrichten van een functionele logistiek vereist innovatieve oplossingen en een robuuste infrastructuur, om het langdurig succes van CCUS als een emissiebeperkende strategie te waarborgen.

Pijpleidingen zijn de meestgebruikte en vaak de meest economische haalbare optie voor het transporteren van grote volumes CO₂ over lange afstanden - met name over land. In sommige gevallen kunnen bestaande aardgaspijpleidingen worden herbestemd voor kooldioxidetransport, wat een rendabele oplossing is waarbij gebruik wordt gemaakt van bestaande infrastructuur. Deze methode beperkt tevens de milieu-effecten van het bouwen van nieuwe installaties.

Het herbestemmen van pijpleidingen voor het transport van kooldioxide vereist echter wel een zorgvuldige overweging. Potentiële veranderingen zijn nodig om de verenigbaarheid met de verschillende eigenschappen van deze verbinding te waarborgen, in eerste instantie de corrosieve aard en de hogere-drukeisen. Terwijl aardgaspijpleidingen vaak zijn beperkt tot 90 bar (1300 psi), kan de druk bij kooldioxide soms oplopen tot 150 bar (2175 psi) voor transport over lange afstand.

Trucks en treinen zijn een flexibele optie voor het transport van kleinere volumes CO₂, met name over kortere afstanden en in gebieden waar de pijpleiding-infrastructuur beperkt is. Hun veelzijdigheid maakt ze geschikt voor het transport van kooldioxide tussen de afvanglocaties en de lokale opslaglocaties. Ze kunnen ook kleinere volumes van verschillende locaties bijeenbrengen en naar centrale hubs brengen voor grotere vrachten. Het gebruik van landvoertuigen voor het CO₂-transport over langere afstanden wordt kostbaar, met name voor trucks, wat ook bijdraagt aan files en dieselbrandstof-emissies.

Voor een veilig en efficiënt transport van kooldioxide moet worden voldaan aan voorschriften en zuiverheidsnormen. Hoewel specifieke codes variëren per gebied, wordt kooldioxide geclassificeerd als een gevaarlijk materiaal bij hoge concentraties. Het transport is onderworpen aan regels die vergelijkbaar zijn met degene die gelden voor aardgas in elke plaats. Deze voorschriften voor een veilige omgang hebben betrekking op integriteit van de pijpleiding, voorkomen van lekkages en instructies in geval van nood.

Bovendien is de zuiverheid van CO₂ belangrijk, zowel voor uiteindelijke toepassingen als voor de transportveiligheid. Onzuiverheden zoals water, waterstofsulfide en stikstofoxiden kunnen chemische reacties, corrosie en productdefecten veroorzaken.

Eenmaal geleverd moet kooldioxide worden gebruikt in een industrieel proces of veilig worden opgeslagen om te voorkomen dat het vrijkomt in de atmosfeer. De meestgebruikte opslaglocaties zijn spelonkachtige geologische formaties, hoewel diepzee-isolatie steeds meer aandacht krijgt.

Bij de opslag van kooldioxide in geologische formaties wordt het diep ondergronds geïnjecteerd, vaak meer dan een kilometer onder het grondwaterpeil, op zorgvuldig geselecteerde en bewaakte locaties. De gekozen locaties zijn doorgaans reeds bestaande ondergrondse reservoirs, zoals lege olie- en gasvelden, diepliggende watervoerende zoutlagen en steenkolenbeddingen waar niet meer kan worden gegraven. Deze poreuze rotsformaties zijn doorgaans afgedekt met een niet-poreuze "kaprots" om CO₂-lekkage te voorkomen.

Ondergrondse opslag is een veilige methode voor het isoleren van kooldioxide gedurende duizenden jaren.Het Amerikaanse U.S. Geological Survey (USGS) schat dat de Verenigde Staten genoeg geologische formaties heeft om ca. 3000 gigaton kooldioxide op te slaan. Het bepalen van geschikte opslaglocaties vereist echter uitgebreid geologisch onderzoek en modellering, om de integriteit van de formatie te waarborgen. Dit proces richt zich ook op het minimaliseren van mogelijke risico's, zoals opgewekte seismische activiteit en effecten op de grondwaterbronnen.

Hoewel geologische opslag de meest rendabele oplossing in de nabije toekomst blijft, gaan onderzoekers verder met hun zoektocht naar alternatieve methoden. Minerale carbonisatie, bijvoorbeeld, simuleert natuurlijke geologische processen door kooldioxide te laten reageren met elementen in de aarde voor de vorming van stabiele carbonaatmineralen, waarbij koolstof voor een lange tijd effectief wordt opgeborgen. Hoewel langdurige opslag veelbelovend is, is voor deze methode veel energie nodig en zijn er uitdagingen wat betreft kosten, schaalbaarheid en toegang tot de hulpbronnen.

Als alternatief kan kooldioxide worden geïnjecteerd in rotsformaties onder de zeebodem. Zo heeft de Noordzee het potentieel om ca. 100 miljard ton kooldioxide in de uitgestrekte zandsteenlagen op te slaan. Dit komt overeen met alle kooldioxide die wereldwijd in bijna drie jaar wordt uitgestoten.

Nauwkeurige meting en bewaking met de juiste instrumenten is essentieel in de gehele CCUS-keten, om proces-efficiëntie, veiligheid en ecologische integriteit te waarborgen. Tijdens het transport moeten kooldioxidedruk, -temperatuur, -flow en -kwaliteit worden gemeten in pijpleidingen en bij terminals, om een veilig transport alsmede een nauwkeurige custody transfer te waarborgen.

Ongeacht de gekozen opslagmethode is uitgebreide bewaking belangrijk, om een langdurige integriteit van de locatie te waarborgen en CO₂-lekkages terug in de atmosfeer te voorkomen. Effectief volgen van kooldioxide in opslagreservoirs vraagt om geavanceerde technologieën en speciale gasdetectiesystemen. Een continue en robuuste meting helpt mogelijke afwijkingen en lekkages vroegtijdig te detecteren en te melden, zodat personeel kan ingrijpen en de milieurisico's tot een minimum kan beperken.

Na het afvangen moeten beslissingen worden genomen over de bestemming van het kooldioxide en de middelen om die te bereiken. Doorlopend onderzoek en significante investeringen van publieke en particuliere belanghebbenden zijn essentieel voor het opschalen van de transport- en opslaginfrastructuur die nodig is om de broeikasgas-emissies te verlagen. Dit zal de technologische mogelijkheden en economische haalbaarheid van CCUS-apparatuur verbeteren, waardoor deze breed in de industrie kunnen worden gebruikt.

Het afvangen van CO₂ van industriële productprocesstromen is een cruciale eerste stap in de CCUS-waardeketen. Het succes voor de lange termijn is echter afhankelijk van de ontwikkeling van veilige, efficiënte en duurzame oplossingen met betrekking tot transport, gebruik en permanente opslag. De belangrijkste transportmethoden zijn pijpleidingen, landtransport en zeetransport, terwijl geologische formaties zeer geschikt zijn voor opslag.

Voor het verbeteren van de efficiëntie en het ontwikkelen van nieuwe opties moeten overheden, producenten, onderzoekers en gemeenschappen op één lijn komen, om de technische, economische, regelgevende en sociale uitdagingen aan te gaan. Investeringen in deze mogelijkheden zal naar verwachting het positieve effect van CCUS op GHG-reducties voor de komende decennia vergroten, wat de industrie helpt bij het bereiken van ambitieuze netto-nuldoelstellingen voor een duurzamere toekomst.