|
Що відбувається з СО2 в резервуарі зберігання?
|
Як тільки СО2 закачали до резервуара, він починає активно заповнювати простір у порах під породою-покришкою. З часом частина СО2 розчиниться і зрештою перетвориться на мінерали. Ці процеси відбуваються в різних масштабах часу й сприяють безперервному утримуванню.
Механізми утримування
Після закачування до колектора СО2 заповнює простір у порах гірських порід, який у більшості випадків уже заповнений соляними розчинами, тобто солоною водою.
Коли СО2 закачано, починають діяти подальші механізми. Перший вважається найголовнішим і перешкоджає виходу СО2 на поверхню. Три інші мають тенденцію з часом збільшувати ефективність і безпеку зберігання.
1. Накопичення під породою-покришкою (структурне утримування)
Оскільки щільний СО2 легший за воду, він починає підніматися вгору. Цей рух припиняється, коли СО2 стикається з шаром непроникної породи, так званою „породою-покришкою”. Через те, що ця порода-покришка складається в основному з глини й солі, вона діє як пастка, яка перешкоджає підняттю СО2 будь-куди далі, що призводить до його накопичення безпосередньо під нею. Малюнок 1 ілюструє висхідний рух СО2 крізь простір у порах гірської породи (блакитний колір) до досягнення ним породи-покришки.
|
Малюнок 1
Закачаний СО2, який є легшим за воду, як правило, піднімається й зупиняється перекриваючими непроникними породами.
|
2. Зв’язування в дрібних порах (залишкове утримування)
Залишкове зв’язування відбувається, коли простір пор у породі-колекторі такий вузький, що СО2 не може більше рухатися вгору, незважаючи на різницю в щільності з оточуючою водою. Цей процес проявляється в основному під час міграції СО2 і зазвичай може зв’язати кілька відсотків закачаного СО2, залежно від властивостей гірської породи-колектора.
3. Розчинення (розчинне утримування)
Невелика частина закачаного СО2 розчиняється чи переноситься до розчину через солону воду, вже наявну в просторі пор колектора. Результатом розчинення є те, що вода з розчиненим у ній СО2 важча, ніж вода без нього, і це спричиняє опускання води з розчиненим СО2 на дно резервуару. Швидкість розчинення залежить від інтенсивності контакту СО2 з розчином. Кількість СО2, яка може розчинитися, обмежена максимальною концентрацією. Однак рух закачаного СО2 вгору і рух води з розчиненим у ній СО2 донизу спричиняють постійне оновлення контакту між розчином і СО2, що збільшує кількість СО2, яка може бути розчинена. Ці процеси відносно повільні, оскільки проходять у вузьких порах. Приблизні оцінки в проекті Слейпнер показують, що лише близько 15% закачаного СО2 розчинилося впродовж 10 років після закачування.
4. Мінералізація (мінеральне утримування)
СО2, особливо в комбінації з соляним розчином у колекторі, може вступати в реакції з мінералами, що складають гірську породу. Певні мінерали можуть розчинятися, у той час як інші можуть осаджуватися, залежно від рН і мінералів, з яких складається порода (Мал. 2). За деякими оцінками на Слейпнері лише відносно невелика частина СО2 буде зв’язана шляхом мінералізації через дуже тривалий проміжок часу. Через 10 000 років тільки 5% закачаного СО2 мало б мінералізуватися, тоді як 95% було б розчинено, а СО2 у вигляді окремої щільної фази вже не залишилося би.
|
Малюнок 2
Щільний СО2 піднімається вгору (світло-блакитні бульбашки), розчиняється й вступає в реакцію з зернами породи, що спричиняє осадження карбонатних мінералів на поверхню зерен (білі).
|
Відносне значення цих механізмів утримування залежить від характеристик кожного окремого об’єкту дослідження. Наприклад, у куполоподібних колекторах СО2 має залишатися в основному в щільній фазі навіть через дуже тривалий час, тоді як у плоскому колекторі, яким є Слейпнер, більша частина закачаного СО2 буде розчинена чи мінералізована. Змінювання пропорцій СО2 в різних механізмах утримування на прикладі Слейпнера показано на Малюнку 3.
|
Малюнок 3
Розвиток СО2 в його різних формах в колекторі Слейпнер згідно з моделюванням потоку. СО2 утримується в надкритичному стані механізмами 1 і 2, у розчиненому стані – механізмом 3, і в мінеральній формі механізмом 4.
|
Звідки ми все це знаємо?
Знання про ці процеси здобуваються з чотирьох основних джерел інформації:
• Лабораторні вимірювання: невеликі експерименти в галузі мінералізації, потоку й розчинення можна проводити на зразках гірських порід, що дозволяє зрозуміти короткотривалі процеси невеликого масштабу.
• Цифрове моделювання: обчислювальні програми були розроблені для того, щоб використовувати їх для передбачення поведінки СО2 впродовж більш тривалого проміжку часу (Мал. 4). Лабораторні експерименти використовуються для калібрування цифрового моделювання.
• Вивчення природних колекторів СО2, у яких СО2 (в основному вулканічного походження) утримувався під землею впродовж тривалих періодів часу, часто мільйонів років. Подібні умови називають «природним аналогом»*. Ці об’єкти забезпечують нас інформацією про поведінку газу й про дуже довгострокові наслідки присутності СО2 під землею.
• Спостереження за існуючими ділянками зберігання СО2 в демонстраційних проектах, таких як Слейпнер (у відкритому морі Норвегії), Вейбурн (Канада), Айн Салах (Алжир) и К12-Б (у відкритому морі в Нідерландах). Результати короткострокового моделювання можна порівняти зі справжніми польовими даними, що допоможе вдосконалювати моделі.
|
Малюнок 4
Тривимірне моделювання руху СО2 у водоносному горизонті після закачування 150 000 тонн через 4 роки у водоносному горизонті структури Доггер у Франції. Тут зображено СО2 в надкритичному стані (ліворуч) і СО2, розчинений у солоній воді (праворуч) через 4, 100 і 2000 років після початку закачування. Модель спирається на дані польових досліджень та експерименти.
|
Лише завдяки постійній прив’язці й перевірці цих чотирьох джерел інформації можна зібрати надійні знання про всі процеси, що відбуваються під нашими ногами – на глибині в 1000 метрів.
На завершення зазначимо, що безпека ділянок зберігання СО2 має тенденцію з часом збільшуватися. Найважливіше завдання – знайти колектор з придатною породою-покришкою зверху, яка утримуватиме СО2 (структурне утримування). Усі процеси, що стосуються розчинення, мінералізації й залишкового утримування, спрямовані на запобігання виходу СО2 на поверхню.
Джерело: The European Network of Excellence on the Geological Storage of CO2
<< Попередня сторінка
---
Наступна сторінка >>
ВГОРУ
|
