Cientistas da Universidade de Stanford desenvolveram uma nova solução para o desafio de garantir que quando o dióxido de carbono (CO₂ ) é injetado no subsolo, ele realmente permanece parado.
Durante décadas, os modelos climáticos previram que ondas de calor extremas do tipo experimentadas por milhões de pessoas neste verão se tornariam muito mais comuns nos níveis de gases que aquecem o planeta agora presentes na atmosfera da Terra. À medida que as emissões e as temperaturas continuam a aumentar, há um crescente consenso científico de que os países precisarão remover e gerenciar ativamente o CO₂ para que o mundo evite o aquecimento além do limite de 1,5 graus Celsius acima dos níveis pré-industriais.

Um método amplamente estudado para manter o carbono removido da atmosfera a longo prazo envolve a injeção de CO₂ em formações rochosas no subsolo. Mas ainda há questões a serem trabalhadas.

“A injeção de dióxido de carbono em formações de armazenamento pode levar a reações geoquímicas complexas, algumas das quais podem causar mudanças estruturais dramáticas na rocha que são difíceis de prever”, disse Ilenia Battiato, investigadora principal do estudo e professora assistente de engenharia de recursos energéticos na Escola de Ciências da Terra, Energia e Ambientais de Stanford (Stanford Earth).

Reações em cadeia

Durante anos, cientistas da Terra simularam fluxos de fluidos, reações e mecânica das rochas para tentar prever como as injeções de CO₂ ou outros fluidos afetarão uma determinada formação rochosa.

Os modelos existentes, no entanto, não preveem com segurança a interação e as consequências totais das reações geoquímicas, que geralmente produzem vedações mais apertadas ao obstruir efetivamente os caminhos com minerais dissolvidos - mas também podem levar a rachaduras e buracos de minhoca que podem permitir que o dióxido de carbono enterrado afete a água potável ou escapar para a atmosfera, onde contribuiria para a mudança climática. "Essas reações são onipresentes. Precisamos entendê-las porque elas controlam a eficácia do selo", disse Battiato.

Um dos principais desafios de modelagem centra-se na ampla gama de escalas temporais e espaciais sobre as quais os processos de interação se desenrolam simultaneamente no subsolo. Algumas reações desaparecem em menos de um segundo, enquanto outras continuam por meses ou até anos. À medida que as reações progridem, a mistura em evolução e a concentração de vários minerais em qualquer pedaço de rocha e as mudanças na geometria e na química da superfície da rocha influenciam a química do fluido, que por sua vez afeta as fraturas e possíveis caminhos para vazamentos.

Laboratório em um chip

A nova solução, descrita em 1º de agosto em Proceedings of the National Academy of Sciences , usa um dispositivo de microfluídica, ou o que os cientistas costumam chamar de "laboratório em um chip". Nesse caso, os pesquisadores chamam isso de "pedra em um chip", porque a tecnologia envolve a incorporação de uma pequena lasca de rocha de xisto em uma célula microfluídica.

Para demonstrar seu dispositivo, os pesquisadores usaram oito amostras de rochas retiradas do xisto Marcellus, na Virgínia Ocidental, e do xisto Wolfcamp, no Texas. Eles cortaram e poliram as lascas de rocha em pedaços não maiores do que alguns grãos de areia, cada um contendo quantidades e arranjos variados de minerais de carbonatos reativos. Os pesquisadores colocaram as amostras em uma câmara de polímero selada em vidro, com duas pequenas entradas deixadas abertas para injeções de soluções ácidas. Câmeras e microscópios de alta velocidade permitiram que eles observassem passo a passo como as reações químicas faziam com que os grãos minerais individuais nas amostras se dissolvessem e se reorganizassem.

A ideia de miniaturizar pesquisas que antes exigiam grandes laboratórios abrange ciências da Terra, biomedicina, química e outros campos, disse o coautor do estudo Anthony R. Kovscek, professor de Keleen e Carlton Beal em Stanford Earth e membro sênior do Instituto Precourt de Stanford. para Energia. "Se você pode ver, pode descrevê-lo melhor. Essas observações têm uma conexão direta com nossa capacidade de avaliar e otimizar projetos para segurança", disse ele. Hoje, Kovscek diz que geólogos em locais de perfuração podem examinar rochas sob um microscópio, mas nenhuma tecnologia atual se aproxima do nível de detalhe possível com este novo dispositivo:"Nada desse tipo existe para realmente ver como as formas dos grãos estão mudando".

Otimização para segurança

Melhorar os modelos de transporte reativos é uma questão de crescente urgência, dado o papel da remoção de carbono nos planos governamentais para lidar com as mudanças climáticas e as centenas de milhões de dólares que agora estão fluindo para a tecnologia nascente de investidores privados. Projetos existentes para remover CO₂ diretamente da atmosfera estão operando apenas em escala piloto. Aqueles que captam as emissões na fonte são mais comuns, com mais de 100 projetos em desenvolvimento em todo o mundo e o governo dos EUA agora se preparando para gastar US$ 8,2 bilhões através da lei de infraestrutura bipartidária na captura e armazenamento de carbono de instalações industriais.

Nem todos os planos de armazenamento de carbono envolvem enterrar carbono no subsolo. Aqueles que envolvem armazenamento geológico, no entanto, podem ser auxiliados e possivelmente mais estáveis ​​e seguros com a nova tecnologia de Stanford. "Os pesquisadores precisam incorporar esse conhecimento em seus modelos para fazer boas previsões sobre o que vai acontecer quando você injetar CO₂ , para garantir que ele permaneça lá e não faça coisas estranhas", disse Battiato.

Olhando para o futuro, Battiato e seus colegas planejam usar a mesma plataforma para estudar reações geoquímicas desencadeadas por injeções de águas residuais da produção de petróleo, usinas de dessalinização ou indústria, bem como hidrogênio, que figura nos planos dos EUA e da UE para reduzir as emissões até 2050. Embora o armazenamento subterrâneo de hidrogênio seja frequentemente citado como uma solução promissora para o desafio íngreme e persistente de garantir o armazenamento seguro do gás altamente inflamável em larga escala, testá-lo em escala piloto exigirá melhores ferramentas de triagem e compreensão das reações biogeoquímicas. + Explorar mais

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