Реакции, связывающие углерод под землей, могут вызывать растрескивание, и это хорошая новость

Один из перспективных способов удаления углекислого газа из атмосферы — закачка его под землю, где он может вступать в реакцию с определёнными породами, превращая газ в твёрдый минерал.

Учёные стремятся понять, что происходит по мере развития процесса карбонизации: забивают ли новообразованные минералы поры в породе, блокируя доступ для нового CO₂, или же они вызывают растрескивание окружающей породы, открывая новые области для реакции и хранения? Новые лабораторные результаты, представленные на осенней встрече Американского геофизического союза, свидетельствуют в пользу второго сценария. Исследование показало, что, несмотря на существенное засорение пор со временем, также образуются трещины, что может поддерживать реакции в самоподдерживающемся режиме. Результаты представила ведущий автор Каталина Санчес-Роа, научный сотрудник Обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета.

«Улавливание и хранение углерода — на сегодня единственная технология, способная снизить концентрации атмосферного CO₂, ведущие к изменению климата, — заявила Санчес-Роа. — Карбонизация интересует нас как один из наиболее безопасных способов хранения углерода, использующий естественные процессы».

Команда использовала образец дунита — породы мантии Земли, способной связывать CO₂ с образованием карбонатных минералов. Порошок дунита спрессовали в трубчатый образец и поместили в триаксиальную деформационную установку, моделирующую температуру и давление реальных подземных резервуаров. В течение 35 дней в образец многократно инжектировали CO₂, отслеживая изменения его свойств.

Было обнаружено увеличение плотности и снижение проницаемости образца, что указывает на засорение пор в процессе превращения CO₂ в магнезит, кварц, кремнезём и элементарный углерод. Одновременно прибор зафиксировал неожиданные акустические эмиссии. В сочетании с другими измерениями (падение порового давления и увеличение объёма) это указало на образование трещин в образце. Трещины помогали поддерживать проницаемость на низком, но стабильном уровне, предотвращая её непрерывное падение.

Как отмечено в тезисах, это первое экспериментальное доказательство растрескивания в процессе карбонизации, которое способствует сохранению проницаемости. Результаты подтверждают, что процесс карбонизации может быть самоподдерживающимся за счёт реакционного растрескивания, что принципиально важно для масштабирования технологии как эффективного и безопасного метода хранения CO₂. В дальнейшем учёные планируют эксперименты с цельными образцами пород для определения оптимальных для растрескивания температурно-давленческих условий.