"Comprender la física subyacente es un requisito previo para llevar a cabo un almacenamiento seguro de CO2 a gran escala", dice Mohammad Nooraiepour. Está mostrando el sistema de microfluidos de alta presión y alta temperatura recientemente desarrollado. Crédito:Dag Inge Danielsen / UiO
Almacenamiento subterráneo de dióxido de carbono (CO 2 ) es una de las tecnologías más prometedoras para eliminar grandes cantidades de CO 2 de la atmósfera. El método, denominado CCS (captura y almacenamiento de carbono), se considera una medida eficaz contra el calentamiento global y el cambio climático.
Una parte crucial del proceso es la inyección de CO 2 en rocas porosas. En tal operación, Pueden ocurrir complicaciones cuando los poros se obstruyen y el flujo de líquido disminuye o se detiene.
El éxito de la CCS depende de tres factores:
La precipitación de sal es una de las principales razones detrás de los cambios en la estructura de los poros durante el CO 2 inyección y almacenamiento.
Mohammad Nooraiepour, quien es investigador en el Departamento de Geociencias, defendió su tesis doctoral sobre este tema en diciembre de 2018. Ha estudiado el potencial para el almacenamiento eficiente y seguro de CO 2 en el Mar del Norte y el Mar de Barents.
Ha examinado, entre otras cosas, qué sucede exactamente cuando la sal se precipita. ¿En qué parte de los poros se forman los cristales? ¿Y cómo se ven afectadas las propiedades de almacenamiento de la roca?
El trabajo de Nooraiepour es parte de un proyecto más amplio que analiza las reacciones entre minerales, agua salada, y compañía 2 , dirigido por Helge Hellevang en el Instituto de Geociencias de la UiO. Uno de los artículos de su tesis doctoral fue publicado en Ciencia y tecnología ambiental . Está escrito en colaboración con Hossein Fazeli, Rohaldin Miri y Helge Hellevang.
Equinor ha experimentado que la permeabilidad de la roca se reduce con el tiempo al inyectar CO 2 . El fenómeno ha sido estudiado por varios estudiantes de UiO desde que Helge Hellevang y Rohaldin Miri iniciaron el proyecto hace unos años.
Mucha agua en las rocas
Las rocas porosas pueden contener grandes cantidades de agua salina. En rocas muy porosas, más del 30 por ciento del volumen puede ser agua. Para hacerlo mas simple, al inyectar CO 2 , en un cierto punto de saturación comienzan a formarse cristales de sal, un proceso conocido como precipitación de sal.
"Descubrimos que los cristales de sal se forman en la interfaz entre la roca y el CO 2 y que crezcan rápidamente mientras se conectan entre sí. Realmente, hay varias formas de cristales de sal. El más pequeño se mide en micrómetros. En nuestros experimentos vimos que evolucionaron tan rápido que podían bloquear el flujo ", explica Nooraiepour.
Hizo un descubrimiento sorprendente en estos experimentos:
"Los cristales de sal son hidrófilos, lo que significa que aman el agua, y extraen agua a grandes distancias. Cuando el agua se tira contra el frente de precipitación, el contenido de sal ayuda a que los cristales de sal crezcan aún más. Por lo tanto, cuando CO 2 se inyecta, la permeabilidad de la roca se reducirá o incluso se bloqueará ".
¿Qué significa esto para el almacenamiento a gran escala de CO? 2 ?
"Significa cosas diferentes si está cerca del pozo de inyección o lejos de él. Para CO a gran escala 2 almacenamiento en el Mar del Norte, La precipitación de sal cerca del pozo podría dificultar la inyección de CO 2 . Este hecho ya se conocía a través de experimentos y experiencias de campo. Lo que no se sabía, fueron los mecanismos detrás. Mis compañeros y yo hemos contribuido con más conocimientos, y hemos demostrado que los cristales de sal arrastran el agua a distancias más largas ".
Mecanismo de reparación automática
Esto se aplica al área cercana al pozo durante la fase de inyección. ¿Qué pasa con la capacidad del caprock para retener CO 2 , ¿Cuál es un aspecto igualmente importante para lograr un almacenamiento seguro?
"Para la fase de almacenamiento, Nuestros hallazgos sobre la precipitación de sal son buenas noticias. Cuando te alejas más del pozo, La precipitación de sal puede ayudar a que el almacenamiento sea más seguro. La explicación radica en el hecho de que si hay una ruptura, una grieta, en la roca, y compañía 2 comienza a gotear, Se formarán cristales de sal en las aberturas. Esto tiene que ver con cambios en las propiedades termodinámicas cuando la presión y la temperatura caen, resultando en una permeabilidad reducida y deteniendo la fuga con el tiempo. La precipitación de sal actuará así como un mecanismo de autorreparación. Esto no se sabía antes ".
Usar equipo de laboratorio avanzado (ver hechos), Nooraiepour y sus colegas han probado y observado rocas porosas bajo diferentes presiones, temperaturas y con diferente salinidad. Sobre esta base, han realizado análisis termodinámicos de los factores que pueden afectar las condiciones de almacenamiento.
¿Cuál es el significado de los hallazgos?
"Cuando hablamos de cómo el CO 2 se inyecta, hemos adquirido nuevos conocimientos que pueden ayudar a reducir la precipitación de sal cerca del pozo. Entendemos más del proceso, conocemos los factores termodinámicos que afectan la precipitación de sal a diferentes velocidades de inyección ".
Por lo tanto, Los investigadores saben qué parámetros deben ajustarse para evitar que los poros se sellen durante la fase crítica de inyección.
"Para la fase de almacenamiento, hemos elaborado una propuesta de un nuevo método para evaluar la inyectividad y la capacidad de almacenamiento del embalse. De nuevo, es fundamental comprender los mecanismos termodinámicos. Eso nos permite calcular qué tan seguro será el depósito de almacenamiento a lo largo del tiempo ".
Influencia termodinámica
La sabiduría convencional decía que las condiciones termodinámicas no afectaban la forma en que se precipita la sal. Nooraiepour tiene una visión diferente sobre esto:después de experimentar con rocas reales, Variando altas temperaturas y variando altas presiones mientras observa el proceso en tiempo real en el microscopio. Ha visto cómo los cristales de sal se comportan de manera diferente según la presión y la temperatura.
"Esencialmente, se trata de física básica. Es un requisito previo para el CO seguro 2 almacenamiento a gran escala ".
Hasta hace poco, El grupo de investigación de Nooraiepour ha operado a escala de poros, utilizando medidas de micrómetros, que es 0,001 milímetros. En términos de aplicaciones de campo, el grupo ampliará los experimentos y modelará los procesos para las pruebas centrales y la escala de campo a mayor escala, áreas interconectadas.
¿Cuánto tiempo llevará que los nuevos conocimientos adquieran importancia práctica para el almacenamiento de CO 2 ?
"Algunas de las físicas que estamos introduciendo se pueden aplicar ahora. Si se va a utilizar junto con CCS, ahora sabemos que debemos tener en cuenta los efectos termodinámicos. Tenemos dos nuevos estudiantes de doctorado trabajando para modelar estos procesos. Al mismo tiempo, planeamos hacer simulaciones a escala de campo. Espero que en dos o tres años podamos presentar los resultados de estos experimentos ".
¿Es el nuevo conocimiento de la precipitación salina significativo para otras áreas?
"Sí, absolutamente - por cuestiones agrícolas y medioambientales. La precipitación de sal en el suelo reduce la fertilidad, por lo que hay un gran potencial ".
