I kampen mot global oppvarming er geologer og fysikere ved Universitetet i Oslo i gang med ? unders?ke en helt ny metode som gj?r det mulig ? kvitte seg med drivhusgassen karbondioksid (CO2).
I dag er det mulig ? lagre CO2 som gass eller v?ske i berggrunnen. Da er faren til stede for at CO2 siver opp igjen.
N? unders?ker forskerne hvordan det er mulig ? omdanne CO2 til stein. Det kan bli tidenes sikreste CO2-lagring. Ideen er hentet fra naturens egen metode. Trikset er ? sende gassen rett inn i en type stein som kalles olivin.
Mesteparten av olivinsteinen p? jorda er noen hundre millioner ?r gammel. De st?rste forekomstene av olivin finnes midtveis i Atlanteren, flere tusen meter under havet, men det er ?ogs? mye olivinstein p? land. Verdens st?rste olivinfelt er i Oman p? Den arabiske halv?ya.
De st?rste olivinfeltene i Norge er ved Feragen ?st for R?ros og p? ?ya Leka i Nord-Tr?ndelag.
Olivin er en magnesiumrik bergart fra jordas indre som i sin tid ble fraktet opp til jordas overflate. P? veien opp var steinen s? varm at alle gassene ble kokt vekk.
– Vel oppe har olivinsteinen reagert med CO2 og vann og dannet nye mineraler. Selv om denne geologiske prosessen har vart siden den gang, er bare en br?kdel av all olivinsteinen i verden fylt av CO2. Det er fortsatt masse plass igjen, forteller Ole Ivar Ulven, som rett f?r jul tok doktorgraden om CO2-lagring p? forskningssenteret Geologiske prosessers fysikk (PGP) ved Universitetet i Oslo.
I dag tester industrien om det er mulig ? blande inn CO2 i oppkv?rnet olivin. Denne metoden er b?de kostbar og energikrevende. De norske forskerne vil bruke olivinsteinen som den er.
Pottetett med nanoporer
Selv om olivinsteinen er pottetett, har den, akkurat som granitt og betong, en mengde porer og sprekker. Noen porer er ikke bredere enn en nanometer, en milliontedels millimeter.
I naturen siver CO2 sakte innover i porene. N?r drivhusgassen reagerer med mineralene i steinen, varmes steinen opp og gassen omdannes til fast stoff. Ettersom det nye stoffet krever mer plass, oppst?r det spenninger i steinen. Da kan det dannes nye sprekker, slik at CO2 kan reagere med mineraler enda lenger inne i steinen.
– Sprekkeprinsippet er det samme som n?r du suger drops. Dropsen varer lenger n?r den holdes hel. Knuses den, fort?res den mye fortere. I naturlig omgivelser siver CO2 bare meget sakte inn i steinen. Forskerne ?nsker ? speede opp dette tempoet.
Varmer opp steinen
Kjemiske reaksjoner g?r betydelig raskere n?r ting varmes opp. Forskerne ser for seg ? varme opp en del av olivinsteinen til 180 grader og pumpe inn CO2, enten som ren gass eller blandet med vann.
– Vi akselererer tempoet ved ? lage nye overflater inne i steinen. Hvis de nye mineralene som dannes f?r steinen til ? sprekke i stor nok grad, kan det stadig dannes nye overflater. Da kan ?hele prosessen bli selvforsterkende.
Sv?rt f? forskere har unders?kt disse mekanismene.
Ulven har brukt simuleringsmodeller p? datamaskinen for ? beregne hvordan sprekkene vokser i de tidligste sprekkefasene.
Han har simulert b?de hvordan sprekkm?nsteret dannes, hvordan prosessen akselererer seg selv og i hvilke situasjoner sprekkene oppst?r.
Sprekker kan brekke av overflaten av steinen som tynne flak eller g? inn i steinen som en kile.
– Den mest effektive m?ten ? lagre CO2 p?, er nettopp ? danne kiler. Kilene driver sprekkene videre innover i steinen. Da kan CO2 penetreres ganske langt inn.
Atom?re sprekker
Professor Anders Malthe-S?renssen p? Fysisk institutt ved UiO sammenligner sprekkdannelsen i olivin med sprekkdannelsen i et bilvindu.
– Det som styrer tempoet p? sprekken, er det som skjer p? tuppen av sprekken, akkurat som n?r bilvinduer sprekker. Det kan v?re atom?re skader p? tuppen som bestemmer hvor fort ruten sprekker. Vi m? derfor forst? b?de hva som skjer atom?rt p? tuppen og hva som foreg?r mekanisk langs hele sprekken, poengterer Anders Malthe-S?renssen.
Enorme beregninger
For ? kunne si noe om sprekkem?nsteret, har Ulven tydd til enorme beregninger som har tatt opptil to m?neder p? datamaskinen.
Forklaringen er enkel: Sprekker vokser med lydens hastighet, men det tar en viss tid mellom hver gang en sprekk oppst?r. For ? f? et detaljert bilde av hvordan sprekkene utvider seg, m? programmet simulere tilstanden med sv?rt sm? tidsintervaller.
– Det betyr at store deler av kj?ringen g?r med til ? simulere ?ingenting?.
Ulven har derfor brukt store regneressurser p? ? simulere tilstander der det ikke skjer noe som helst, for ? kunne fange opp og f? et detaljert bilde av hva som skjer n?r sprekkene omsider oppst?r.
Hever jordoverflaten
Det trengs mye stein for ? f? plass til all den menneskeskapte CO2-gassen. Hvis olivinsteinen utnyttes 100 prosent, er det mulig ? fylle den med 63 prosent av dens egen vekt.
En bil slipper ut en kilo CO2 per mil. Det trengs derfor 1,6 kilo olivin for ? fjerne denne gassen.
– Likevel er det nok olivinstein i verden til ? ta imot alle CO2-utslipp, tilsvarende dagens niv?, de neste 3000 ?rene. Men da m? vi fylle all olivinstein fem kilometer ned i bakken, poengterer Ole Ivar Ulven.
Full utnyttelse av olivinsteinen ?ker volumet p? steinen med 80 prosent. Steinen kan enten vokse i h?yden eller bredden. Det er ikke snakk om sm?tterier. Bakkeh?yden kan i verste fall ?ke med flere hundre meter.
– Olivin kan v?re en attraktiv l?sning for ? fjerne CO2, s?fremt samfunnet aksepterer store hevinger av jordoverflaten, forteller Ulven.
Det er ikke sikkert at olivin blir den mest interessante steinen for lagring av drivhusgassen.
– Det kan ogs? tenkes at en gruppe mineraler kalt serpentiner, kan bli brukt for ? lagre CO2 permanent. Her er det et minus. Serpentin reagerer saktere med CO2 enn olivin. Fordelen er derimot at serpentin eser mindre ut.
– Da blir overflatedeformasjonene mindre, poengterer Ulven som i tillegg til Anders Malthe-S?rensen,? har hatt professor Bj?rn Jamtveit p? forskningssenteret?PGP og professor H?kon Olav Austrheim? ved Institutt for Geofag som medveiledere,
PGP lurer ogs? p? om det er mulig ? lagre CO2 i skifer. De har nettopp f?tt st?tte til ? unders?ke dette.