Engenheiros do Imperial College London dissiparam uma lei científica de 100 anos usada para descrever como o fluido flui através das rochas.

A descoberta dos pesquisadores do Imperial pode levar a uma série de melhorias, incluindo avanços na captura e armazenamento de carbono (CCS). É aqui que as emissões industriais serão capturadas pela tecnologia CCS, antes de chegar à atmosfera, e armazenado com segurança em rocha no subsolo.

Milhas abaixo da superfície da Terra, diferentes tipos de fluidos estão fluindo através dos espaços microscópicos entre os grãos dentro das rochas.

Cientistas da faculdade usaram a instalação Diamond Light Source no Reino Unido para fazer vídeos 3D que mostram com mais detalhes do que nunca como os fluidos se movem através das rochas.

Por mais de cem anos, engenheiros têm modelado como vários fluidos fluem através das rochas por uma série de razões. Por exemplo, modelar o fluxo de fluido permite que os engenheiros determinem como extrair óleo e gás. Compreender como a água do mar flui através das rochas fornece insights sobre a volatilidade da crosta terrestre, e prever como a água doce flui através das rochas permite que os engenheiros gerenciem os recursos hídricos. Mais recentemente, engenheiros têm modelado como CO? flui através da rocha como parte do CCS.

Anteriormente, os cientistas usaram uma fórmula para modelar como os fluidos se movem através das rochas. É chamada de Lei Estendida de Darcy e a premissa dela é que os gases se movem através da rocha por meio de seus próprios estábulo, complexo, vias microscópicas. Esta tem sido a abordagem básica usada pelos engenheiros para modelar o fluxo de fluido nos últimos 100 anos.

Contudo, os cientistas imperiais descobriram que, em vez de fluir em um padrão relativamente estável através das rochas, os fluxos são de fato muito instáveis. Os caminhos pelos quais os fluidos fluem, na verdade, duram apenas um curto período de tempo, dezenas de segundos no máximo, antes de reorganizar e formar outros. A equipe chamou esse processo de conectividade dinâmica.

A importância da descoberta da conectividade dinâmica é que os engenheiros ao redor do mundo agora serão capazes de modelar com mais precisão como os fluidos fluem através das rochas.

Dra. Catriona Reynolds, autora principal do estudo que concluiu seu doutorado no Departamento de Ciências da Terra e Engenharia da Imperial, disse:"Tentar modelar como os fluidos fluem através da rocha em grandes escalas provou ser um grande desafio científico e de engenharia. Nossa capacidade de prever como esses fluidos fluem na subsuperfície não é muito melhor do que era há 50 anos, apesar dos grandes avanços em tecnologia de modelagem por computador. Os engenheiros há muito suspeitavam que havia algumas lacunas importantes em nossa compreensão da física subjacente do fluxo de fluidos. Nossas novas observações neste estudo forçarão os engenheiros a reavaliar suas técnicas de modelagem, aumentando sua precisão. "

Para criar as imagens 3D, os pesquisadores do estudo de hoje usaram o acelerador de partículas síncrotron na fonte de luz Diamond. O síncrotron permite que os pesquisadores obtenham imagens 3D em velocidades muito mais rápidas do que um instrumento convencional de raio-X de laboratório - cerca de 45 segundos em comparação com as horas de um instrumento baseado em laboratório. Isso permitiu que eles vissem a dinâmica, que não havia sido observado antes.

Contudo, uma resolução de tempo ainda maior aumentaria significativamente as observações. Essas vias de fluido se reorganizam rapidamente, então, idealmente, a equipe gostaria que as observações capturassem a cada centésimo de segundo. Esta resolução de tempo só é possível agora usando luz óptica de microscópios combinados com câmeras de alta velocidade. Contudo, eles são limitados em sua capacidade de observar fluidos se movendo através de rochas reais.

As próximas etapas verão a equipe tentando superar esse obstáculo tecnológico usando uma combinação de novas técnicas de imagem óptica e de raios-X. Isso poderia permitir que modelassem o fluxo de fluido em grande escala, que seria útil para modelar o armazenamento de CO2, a produção de petróleo e gás, e a migração de fluidos nas profundezas da crosta terrestre.

A pesquisa está publicada hoje na revista. Proceedings of the National Academy of Sciences e financiado pelo Programa de Bolsas de Treinamento para Doutorado do Conselho de Pesquisa em Ciências Físicas e de Engenharia e apoiado pelo Centro de Pesquisa de Carbonatos e Armazenamento de Carbono do Qatar, financiado conjuntamente pela Qatar Petroleum, Shell e o Parque de Ciência e Tecnologia do Qatar.