Når CO₂ fanges, er det enten for å bli injisert i et passende reservoar eller for å bli omdannet til drivstoff.
Nylig har regjeringen gått inn for å finansiere injeksjon av 400 000 tonn CO₂ pr. år fra sementproduksjonen i Brevik. Dessuten har to bedrifter kunngjort at de vil lage drivstoff (fortrinnsvis diesel og/eller flydrivstoff) fra CO₂ på Herøya, dels basert på CO₂ fra kunstgjødselproduksjonen og dels tatt direkte fra luften. De to bedriftene er Nordic Blue Crude (NBC) og Norsk e-fuels (NEF). Opplysningene om prosjektene er tatt fra bedriftenes nettsider, og øvrige data er også funnet på nettet.
Drivstoff laget på denne måten omtales ofte som e-fuel, og et søk på nettet med dette nøkkelordet viser at det er en rekke seriøse organer som ser e-fuels som et utmerket klimatiltak, blant annet EU-kommisjonen (ved en underavdeling) og Royal Society, foruten at firmaer planlegger produksjon.
Sammenlikne injeksjon og e-fuels
Injeksjon og e-fuels er to svært forskjellige måter for å oppnå samme resultat: mindre utslipp av CO₂. Det er derfor naturlig å undersøke om alternativene er likeverdige, ikke minst siden disse prosjektene er ment å være de første av flere lignende etterhvert. Både injeksjon og e-fuels er behandlet hver for seg i en rekke rapporter, men uten noen sammenligning. Her skal vi sammenligne på tre kriterier:
- CO₂-utslipp til atmosfæren
- Bruk av elektrisk energi
- Økonomi
Det er irrelevant her hvordan CO₂ er fanget. Det vi spør om er om CO₂ fra sementproduksjonen heller burde blitt til diesel enn å bli injisert, eller om de andre prosjektene heller burde injisert sin CO₂.
CO₂-utslipp til atmosfæren
CO₂ som injiseres fjernes, den slippes ikke ut til atmosfæren hverken direkte eller via mellomprodukter. Hvis denne CO₂ kommer fra atmosfæren direkte eller fra biomasse som brennes eller fra havet, vil vi få en reduksjon av CO₂ i atmosfæren. Kommer CO₂ fra et unngått utslipp, som i Brevik, vil atmosfæren være uendret, og den tilhørende del av sementproduksjonen blir CO₂-nøytral.
Når CO₂ fraktes flytende med skip fra fangststedet til injeksjonsstedet, som i de planlagte prosjektene i Norge, vil det bli en viss avdamping fra tankene, foruten at skipene slipper ut CO₂ fra sitt fortsatt fossile drivstoff. Det står litt forskjellig om dette på nettet, men for de 600 km fra Brevik til Øygarden ser det ut til at dette kan utgjøre iallfall 1 % av lasten. Det vites ikke om det er planlagt noen tiltak for å redusere dette utslippet.
Det blir feil å omtale drivstoff laget av CO₂ som klimanøytralt når det vitterlig bidrar til øket CO₂ i atmosfæren
Drivstoff laget av CO₂ omtales som klimanøytrale i mange kilder. Slike drivstoff gir uansett et utslipp minst likt med den CO₂ som gikk med til å lage dem. Hvis denne CO₂ kommer fra atmosfæren, direkte eller indirekte, vil ikke CO₂ innholdet i atmosfæren øke, men heller ikke minke. Drivstoffet er da klimanøytralt. Kommer CO₂ fra et utslipp, kan man diskutere hvor mye av CO₂ som skal tilordnes det første og det andre utslippet, men det blir feil å omtale slikt drivstoff som klimanøytralt når det vitterlig bidrar til øket CO₂ i atmosfæren.
Biodrivstoff: Frykter Norge blir sinke
Bruk av elektrisk energi
Injeksjon: CO₂ foreligger som gass ved 1 bar når den er fanget ved anlegget i Brevik. Den skal transporteres i flytende form med skip fra Brevik til Øygarden og derfra via mellomlager pumpes til injeksjonsbrønnen på havbunnen ca. 110 km fra land. Ved transporten er væsken ved 15 bar og -30 oC.
Hvordan man skal gjøre CO₂ flytende i Brevik vites ikke, men det er greit å lage et overslag. Det enkleste er å benytte CO₂ selv til nedkjølingen, ved å komprimere den og så ekspandere den slik at det dannes noe væske, og noe gass som må rekomprimeres.
Det høyeste trykket er valgt til 100 bar som avlastes i ett trinn til transporttrykket 15 bar. Kompresjonen er valgt adiabatisk i tre trinn til henholdsvis. 4, 15 og 100 bar med virkningsgrad 0.75. Videre er det antatt vannkjøling til 30 oC etter kompresjonene og av fødegassen. Beregningene er gjort ved hjelp av et trykk-entalpi diagram som er funnet på nettet.
Resultatene er at kompresjonsarbeidet blir 0,14 kWh pr. kg CO₂, med 1,85 kg komprimert fra 15 til 100 bar for hver kg føding.
Flytende CO₂ fra mellomlageret i Øygarden skal pumpes til og injiseres i et reservoar med trykk 200–300 bar. Dessuten må trykktapet i rørledningen tas med. En nederlandsk artikkel gir et trykktap på 1,20-1,50 bar/km for en rekke virkelige prosjekter, tilsvarende 140–180 bar i dette tilfellet med 110 km rørledning. Tilsvarende beregning som for kompresjon gir da et tillegg her på 0,02 kWh/kg for pumping til 500 bar.
Totalt blir altså energibehovet til kompresjon og pumping 0,16 kWh/kg CO₂. I dette er ikke tatt med en del mindre poster som pumping av CO₂ ved lasting og lossing samt pumping av kjølevann.
CO₂ som råstoff: Det grunnleggende problemet om man ønsker å lage noe av CO₂ er at CO₂ er et molekyl på et energimessig lavmål, siden det er sluttproduktet fra en energigivende forbrenning av karbonatomet (C). Så for å reagere må CO₂ kobles mot reaktive molekyler som hydrogen (H2). Men H er igjen bundet i vann (H2O) som på sin side også er meget stabilt, og som må tilføres mye energi ved elektrolyse for å gi H2.
NBC og NEF ser ut til å velge forskjellig type elektrolyse: NBC den mest vanlige av alkalisk vann, mens Sunfire (det tyske firmaet som er det viktigste bak NEF) har sin egenutviklede elektrolyse av damp ved 700–900 oC. For den første typen oppgir elektrolysørprodusenten NEL at det trenges 3,8 kWh/Nm3, mens det oppgis 3,37 kWh/Nm3 for den andre. (Nm3 er normalkubikkmeter.) Velger her den laveste verdien, og får da omregnet at det trenges 38,3 kWh/kg H2. For begge kan elektrolysen foregå under trykk, men det er ikke kjent hvilket trykk de to firmaene har valgt. Ser derfor bort fra energi til kompresjon av H2 til reaktortrykkene.
Det trengs minst 3 mol H2 pr. mol CO₂: ett til å omdanne hver O til vann (H2O) og minst ett til hvert C-atom for å danne hydrokarboner. I diesel ønsker man stort sett enkle kjeder med formel CnH2n+2 med n fortrinnsvis fra 13 til 17. For å få dette til må en produsere også en god del lengre kjeder som så må brytes i en etterfølgende hydrocracker. (Så det kreves en nokså omfattende prosessering for å få e-fuel.)
Nå vil ikke alle molekylene bli enkle kjeder, og det produseres maksimalt 85 % diesel. Det er derfor noe usikkert hvor mye hydrogen som eksakt trenges, men regnes 3 H2 pr. CO₂ gjør en ikke behovet for stort iallfall. Omregnet gir dette 0,136 kg H2/kg CO₂. Bare for produksjon av den nødvendige H2 trenges da minst (38,4 kWh/kg H2) x (0,136 kg H2/kg CO2) = 5,2 kWh/kg CO₂.
Reaksjonene med CO₂ foregår vanligvis ved 20–40 bar. Velger her 20 bar, og i denne forenklede oversikten kan vi velge samme kompresjonsarbeid til 20 bar som til 15 bar i eksemplet med injeksjon, det vil si 0,07 kWh/kg CO₂, som gir en avrundet total på 5,3 kWh/kg CO₂.
For å sette energibehovet i perspektiv: 1 liter diesel avgir 3,24 kg CO₂ når den brennes. Men siden det bare dannes 85 % diesel, krever 1 liter diesel som produkt en føding på 3,24/0,85 = 3,81 kg CO₂. Energibehovet pr. liter diesel blir derfor 3,81 kg CO₂ x 5,3 kWh/kg CO2 = 20 kWh/l diesel. Nå er forbrenningsenergien for diesel 34,3 MJ/l diesel = 9,53 kWh/l diesel. De 20 kWh elektrisk energi er altså redusert til ca. det halve som nyttbar kjemisk energi. Deretter skal denne dieselen som annen diesel benyttes i en forbrenningsmotor med virkningsgrad 25–35 %.
Hvis det hydrogenet som må produseres i stedet ble benyttet i en brenselscelle i et tungt kjøretøy vil cellen ha en virkningsgrad opp mot 60 % og elektromotoren rundt 90 %, slik at en kan få ca like mye arbeid til hjulene som dieselens kjemiske energi før forbrenning.
Oppsummert: Som beregnet her er behovet for elektrisk energi til alternativet med injeksjon 0,16 kWh/kg CO₂. Alternativet e-fuel krever 5,3 kWh/kg CO₂. Den store forskjellen skyldes den energien som kreves for å elektrolysere vann for å produsere hydrogen til reaksjonene.
Økonomi
Injeksjon: Olje- og energidepartementet har i stortingsmelding 33 (2019–2020) gjengitt utgiftene til investering og drift i 10 år som 18,7 milliarder 2021-kroner. Med 4 millioner tonn i løpet av 10 år blir dette 4700 kr/t CO₂. Siden mellomlager og injeksjonsanlegg er dimensjonert for større kapasitet, vil utgiftene pr. tonn hvis Fortums anlegg med 400 000 t/år inkluderes (som var et alternativ), bli 3100 kr/t CO₂.
CO₂ som råstoff: Norsk klimastiftelse har i 2020 utgitt et oversiktlig notat om «Hva er e-fuel?» Der skriver de at flere studier anslår produksjonskostnadene for e-fuel til 3–5 €/liter, som de angir er ca. 10 ganger mer enn ved tradisjonell fremstilling fra råolje. 1 liter diesel avgir 3,24 kg CO₂ ved forbrenning, og selv med den laveste 3€/liter blir det ca. 9300 kr/t CO₂.
Konklusjon
Injeksjon kommer altså best ut på alle de tre kriteriene. Uansett kilde for CO₂ vil det være bedre å injisere den enn å lage syntetisk drivstoff, og heller la bilene kjøre på vanlig drivstoff så lenge. Dette vil gi samme utslipp, men være billigere å produsere. Syntetisk drivstoff (e-fuels) er en svært kostbar blindgate i kampen mot klimaendringene.
Dette forutsetter at det er mulig å injisere CO₂, og foreløpig er det vel planene for dette i Norge som er kommet lengst i Europa. Det viktigste ved det vedtatte prosjektet er antagelig at det synliggjør injeksjon som et alternativ, blant annet ved at andre også kan levere CO₂ der, og at en derved kan få fortgang i arbeidet med å injisere CO₂.
Elektrolyse av vann for å produsere hydrogen til drivstoff bør begrenses til å skaffe hydrogen til fremdrift der batterier ikke er egnet.
Artikkelen er oppdatert etter første publisering, med et nytt nest siste avsnitt før mellomtittelen Økonomi.
Color Line bygger om ferger
