Исследование обнаруживает естественное препятствие для долгосрочного связывания углекислого газа
Технологии геологического связывания углерода (карбонизации) обещают сократить выбросы парниковых газов, захватывая CO₂ из атмосферы и закачивая его глубоко под землю, где газ должен навсегда превратиться в горную породу. По оценкам Агентства по охране окружающей среды США (EPA), современные технологии могут улавливать до 90% выбросов CO₂ от угольных электростанций.
Однако исследователи из Департамента наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили, что после закачки под землю в твёрдую породу превращается меньше углекислого газа, чем предполагалось ранее.
Команда изучила химические реакции между CO₂ и окружающей средой после инжекции газа. Оказалось, что по мере продвижения CO₂ вглубь лишь небольшая его часть минерализуется. Основной объём газа остаётся в более подвижной жидкой или газообразной фазе.
«Если он превращается в породу, он стабилен и останется там навсегда, — говорит постдок Йосси Коэн. — Однако, если он остаётся в газовой или жидкой фазе, он сохраняет подвижность и потенциально может вернуться в атмосферу».
Йосси Коэн и профессор геофизики Дэниел Ротман представили результаты исследования на этой неделе в журнале Proceedings of the Royal Society A.
Современные методы геологического связывания углерода предполагают закачку CO₂ на глубину около 7000 футов (более 2 км), что эквивалентно высоте пяти небоскрёбов Эмпайр-стейт-билдинг, поставленных друг на друга. На таких глубинах CO₂ может храниться в глубоких солёных водоносных горизонтах, где рассолы способны химически реагировать с газом, приводя к его отвердеванию.
Исследователи смоделировали химические реакции, происходящие после инжекции CO₂ в солёную (рассол) каменистую среду. При закачке CO₂ заполняет поры в породе, вытесняя жидкость (рассол). Образуются пузырьки CO₂, а также CO₂, растворённый в воде в форме бикарбоната и угольной кислоты, что создаёт кислую среду. Для осаждения (превращения в породу) CO₂ требуется щелочная среда, такая как рассол.
Учёные смоделировали реакции между двумя основными зонами: кислой (низкий pH) с высокой концентрацией CO₂ и зоной с высоким pH, заполненной рассолом. Проанализировав реакции на границе этих зон, они обнаружили, что карбонизация происходит, но только непосредственно на интерфейсе. Реакция создаёт твёрдый «барьер» в точке контакта CO₂ и рассола, предотвращая реакцию основной массы CO₂ с рассолом.
«Это может, по сути, перекрыть канал, и больше материала не сможет продвинуться дальше в рассол, потому что, как только он коснётся рассола, он станет твёрдым, — поясняет Коэн. — Ожидалось, что большая часть CO₂ станет твёрдым минералом. Наша работа показывает, что его окажется значительно меньше».
Авторы подчёркивают, что их теоретические предсказания требуют экспериментальной проверки для определения масштаба этого эффекта.
«Эксперименты помогут определить тип породы, который минимизирует это явление закупорки, — говорит Коэн. — Многие факторы, такие как пористость и связность пор в породах, будут определять, произойдёт ли минерализация CO₂ и когда. Наше исследование выявляет новые особенности этой проблемы, которые могут помочь определить оптимальные геологические формации для долгосрочного связывания углерода».