Dr. Vitaliy Pipich no instrumento KWS-3 do Forschungszentrum Jülich no FRM II em Garching. Crédito:Bernhard Ludewig Se as rochas sedimentares armazenam hidrocarbonetos fósseis ou actuam como camadas impermeáveis para impedir a ascensão do petróleo, do gás natural ou do dióxido de carbono armazenado – tudo depende da sua porosidade. O tamanho, forma, organização e conectividade dos espaços porosos são decisivos.
Na Fonte de Nêutrons de Pesquisa Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) da Universidade Técnica de Munique (TUM), as redes de microporos foram caracterizadas usando espalhamento de nêutrons de ângulo pequeno e muito pequeno.
Densas, escuras, compactas – à primeira vista, as amostras de rochas sedimentares que o Dr. Amirsaman Rezaeyan tem na mesa do seu laboratório são apenas ligeiramente diferentes. Os poros não são visíveis a olho nu.
No entanto, são precisamente os poros que conferem às rochas lamacentas as suas propriedades especiais:os poros, que variam de alguns micrômetros a subnanômetros de tamanho, são formados durante a sedimentação e compactados ao longo do tempo, determinando a permeabilidade. Esses poros são o fator decisivo para a capacidade da rocha de residir petróleo e gás natural ou formar camadas impermeáveis sob as quais os combustíveis fósseis se acumulam.
“Dependendo da distribuição, tamanho e estrutura dos poros, as rochas sedimentares de granulação fina também são adequadas para a eliminação de resíduos radioativos ou para vedar o armazenamento de dióxido de carbono”, explica o Dr. Amirsaman Rezaeyan, pesquisador da Universidade de Calgary, no Canadá. "A estrutura dos poros das rochas lamacentas e sua influência na permeabilidade do fluxo de fluidos dificilmente foram estudadas até o momento, mas são extremamente importantes se você quiser avaliar o potencial das rochas lamacentas como reservatórios de petróleo ou camadas impermeáveis."
Mas como medir poros que não são maiores que bactérias? Na verdade, existem vários métodos que podem ser usados para quantificar o volume de poros, mas a maioria deles só consegue detectar estruturas maiores ou tamanhos de poros limitados.
"Apenas o espalhamento de nêutrons de ângulo pequeno e muito pequeno é adequado para quantificar completamente os poros entre alguns nanômetros e micrômetros", diz Rezaeyan, que, junto com uma equipe internacional da Fonte de Nêutrons de Pesquisa Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) na TUM, desenvolveu analisou a porosidade de uma dúzia de rochas sedimentares da Europa e da América.
Medindo poros com precisão nanométrica
Existem apenas algumas instalações de medição para espalhamento de nêutrons de ângulo pequeno (SANS) e espalhamento de nêutrons de ângulo muito pequeno (VSANS) em todo o mundo. Dois deles, KWS-1 e KWS-3, são operados pela Forschungszentrum Jülich no Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ).
O MLZ é a cooperação científica entre TUM, Forschungszentrum Jülich e Helmholtz-Zentrum Hereon, que disponibiliza os nêutrons do FRM II aos pesquisadores convidados na forma de instrumentos científicos.
E assim Rezaeyan, do Centro Lyell da Universidade Heriot-Watt, em Edimburgo, Escócia, onde trabalhava na época, viajou para Garching com suas amostras de rochas – todas polidas e sem inclusões de gás ou líquido – para detectar microporos.
As amostras foram irradiadas com nêutrons do reator nos instrumentos de espalhamento de pequeno ângulo do FRM II. Como os nêutrons interagem apenas com os núcleos dos átomos, o padrão de difração registrado pelo detector pode ser usado para deduzir o arranjo dos átomos e, portanto - indiretamente - o dos poros livres de átomos.
De volta à Escócia, os pesquisadores correlacionaram as medições com as propriedades microscópicas das amostras de rocha. O resultado já foi publicado em dois artigos, um deles na revista Energy e o outro em Energia e Combustíveis .
Os pesquisadores descobriram que a porosidade das rochas lamacentas de granulação fina depende da proporção de minerais argilosos contidos nos sedimentos:quanto mais argila, maior a probabilidade de poros menores, com diâmetro inferior a 50 nanômetros. Rochas com alto teor de argila são, portanto, potencialmente adequadas para vedar um local de descarte ou armazenamento subterrâneo como uma camada impermeável.
"No entanto, o teor de argila é apenas uma peça do quebra-cabeça:há toda uma série de fatores que precisam ser levados em conta ao selecionar camadas de lama rochosa adequadas para a produção de petróleo e gás ou CO2 armazenamento”, enfatiza Rezaeyan. “Portanto, incluímos outros fatores na análise dos dados, como compactação de rochas e matéria orgânica. Fazendo isso, conseguimos estabelecer correlações de alta significância estatística”.
Com a ajuda destas correlações, deverá ser possível, no futuro, estimar as propriedades físicas das rochas sedimentares de granulação fina com base nas condições de sedimentação e descobrir se são adequadas como camadas impermeáveis para repositórios de resíduos nucleares e CO. 2 locais de armazenamento.
