p Armazenamento subterrâneo de dióxido de carbono (CO ₂ ) é uma das tecnologias mais promissoras para a remoção de grandes quantidades de CO ₂ da atmosfera. O método, referido como CCS (captura e armazenamento de carbono), é considerada uma medida eficaz contra o aquecimento global e as alterações climáticas. p Uma parte crucial do processo é a injeção de CO ₂ em rochas porosas. Em tal operação, complicações podem ocorrer quando os poros ficam obstruídos de forma que o fluxo de fluido diminui ou pára.

p O CCS bem-sucedido depende de três fatores:

• Capacidade de armazenamento suficiente no reservatório
• A rocha reservatório deve ter porosidade e permeabilidade suficientes para a fase de injeção
• Eficiência de vedação do caprock para prevenir CO ₂ vazamento para a superfície

p A precipitação de sal é uma das principais razões por trás das mudanças na estrutura dos poros durante o CO ₂ injeção e armazenamento.

p Mohammad Nooraiepour, que é pesquisador do Departamento de Geociências, defendeu sua tese de doutorado sobre o assunto em dezembro de 2018. Ele estudou o potencial para armazenamento eficiente e seguro de CO ₂ no Mar do Norte e no Mar de Barents.

p Ele examinou, entre outras coisas, o que exatamente acontece quando o sal precipita. Onde nos poros se formam os cristais? E como as propriedades de armazenamento da rocha são afetadas?

p O trabalho de Nooraiepour é parte de um projeto maior que analisa as reações entre os minerais, água salgada, e companhia ₂ , liderado por Helge Hellevang no Instituto de Geociências da UiO. Um dos artigos de sua tese de doutorado foi publicado em Ciência e Tecnologia Ambiental . Foi escrito em colaboração com Hossein Fazeli, Rohaldin Miri e Helge Hellevang.

p A Equinor percebeu que a permeabilidade da rocha é reduzida ao longo do tempo ao injetar CO ₂ . O fenômeno foi estudado por vários alunos da UiO desde que Helge Hellevang e Rohaldin Miri iniciaram o projeto há alguns anos.

p Muita água nas rochas

p As rochas porosas podem conter grandes quantidades de água salina. Em rochas muito porosas, mais de 30% do volume pode ser água. Para simplificar, ao injetar CO ₂ , em um determinado ponto de saturação, cristais de sal começam a se formar - um processo conhecido como precipitação de sal.

p “Descobrimos que os cristais de sal se formam na interface entre a rocha e o CO ₂ e que eles crescem rapidamente enquanto se conectam uns aos outros. Na realidade, existem várias formas de cristais de sal. O menor é medido em micrômetros. Em nossos experimentos, vimos que eles evoluíram tão rapidamente que podiam bloquear o fluxo ", explica Nooraiepour.

p Ele fez uma descoberta surpreendente nestes experimentos:

p "Os cristais de sal são hidrofílicos, o que significa que eles amam água, e puxam água por longas distâncias. Quando a água é puxada contra a frente de precipitação, o teor de sal ajuda os cristais de sal a crescerem ainda mais. Portanto, quando CO ₂ é injetado, a permeabilidade da rocha será reduzida ou mesmo bloqueada. "

p O que isso significa para o armazenamento em grande escala de CO ₂ ?

p "Significa coisas diferentes se você estiver perto do poço de injeção ou longe dele. Para CO em escala real ₂ armazenamento no Mar do Norte, precipitação de sal perto do poço pode tornar mais difícil a injeção de CO ₂ . Esse fato já era conhecido por meio de experimentos e experiências de campo. O que não era conhecido, foram os mecanismos por trás. Meus colegas e eu contribuímos com mais conhecimento, e mostramos que os cristais de sal puxam a água por distâncias mais longas. "

p Mecanismo de autocorreção

p Isso se aplica à área próxima ao poço durante a fase de injeção. E sobre a capacidade do caprock de reter CO ₂ , qual é um aspecto igualmente importante para obter armazenamento seguro?

p “Para a fase de armazenamento, nossas descobertas sobre a precipitação de sal são boas notícias. Quando você se afasta do poço, a precipitação de sal pode ajudar a tornar o armazenamento mais seguro. A explicação está no fato de que se houver ruptura, uma rachadura, na rocha, e companhia ₂ começa a vazar, cristais de sal se formarão nas aberturas. Isso tem a ver com mudanças nas propriedades termodinâmicas quando a pressão e a temperatura caem, resultando em permeabilidade reduzida e interrompendo o vazamento ao longo do tempo. A precipitação do sal, portanto, atuará como um mecanismo de autorreparação. Isso não era conhecido antes. "

p Usando equipamentos avançados de laboratório (ver fatos), Nooraiepour e colegas testaram e observaram rochas porosas sob diferentes pressões, temperaturas e com salinidade diferente. Nesta base, eles fizeram análises termodinâmicas de quais fatores podem afetar as condições de armazenamento.

p Qual é o significado das descobertas?

p "Quando falamos sobre como o CO ₂ é injetado, adquirimos novos conhecimentos que podem ajudar a reduzir a precipitação de sal perto do poço. Nós entendemos mais do processo, conhecemos os fatores termodinâmicos que afetam a precipitação de sal em diferentes taxas de injeção. "

p Assim, os pesquisadores sabem quais parâmetros precisam ser ajustados para evitar que os poros sejam selados durante a fase crítica de injeção.

p “Para a fase de armazenamento, preparamos uma proposta para um novo método de avaliação da injetividade e capacidade de armazenamento do reservatório. Novamente, é essencial compreender os mecanismos termodinâmicos. Isso nos permite calcular o quão seguro será o reservatório de armazenamento ao longo do tempo. "

p Influência termodinâmica

p A sabedoria convencional diz que as condições termodinâmicas não afetam a forma como o sal se precipita. Nooraiepour tem uma visão diferente sobre isso - depois de experimentar pedras reais, variação de altas temperaturas e variação de altas pressões enquanto observa o processo em tempo real no microscópio. Ele viu como os cristais de sal se comportam de maneira diferente dependendo da pressão e da temperatura.

p "Essencialmente, trata-se de física básica. É um pré-requisito para CO seguro ₂ armazenamento em grande escala. "

p Até recentemente, O grupo de pesquisa de Nooraiepour operou em uma escala de poros, usando medições de micrômetros, que é 0,001 milímetros. Em termos de aplicações de campo, o grupo aumentará os experimentos e modelará os processos para testes básicos e escala de campo em maior escala, áreas interligadas.

p Quanto tempo levará para que o novo conhecimento tenha significado prático para o armazenamento de CO ₂ ?

p "Algumas das físicas que estamos apresentando podem ser aplicadas agora. Se for para ser usado em conjunto com o CCS, agora sabemos que devemos levar em consideração os efeitos termodinâmicos. Temos dois novos alunos de doutorado trabalhando para modelar esses processos. Ao mesmo tempo, planejamos fazer simulações em escala de campo. Espero que dentro de dois ou três anos possamos apresentar os resultados dessas experiências. "

p O novo conhecimento da precipitação de sal é significativo para outras áreas?

p "Sim, absolutamente - para questões agrícolas e ambientais. A precipitação de sal no solo reduz a fertilidade, portanto, há um grande potencial. "