Stockage souterrain du dioxyde de carbone (CO 2 ) est l'une des technologies les plus prometteuses pour éliminer de grandes quantités de CO 2 de l'atmosphère. La méthode, appelé CSC (captage et stockage du carbone), est considérée comme une mesure efficace contre le réchauffement de la planète et le changement climatique.

Une partie cruciale du processus est l'injection de CO 2 dans des roches poreuses. Dans une telle opération, des complications peuvent survenir lorsque les pores se bouchent de sorte que le flux de fluide diminue ou s'arrête.

Le succès du CCS dépend de trois facteurs :

• Capacité de stockage suffisante dans le réservoir
• La roche réservoir doit avoir une porosité et une perméabilité suffisantes pour la phase d'injection
• Efficacité d'étanchéité du caprock pour éviter le CO 2 fuite à la surface

La précipitation du sel est l'une des principales raisons des changements dans la structure des pores au cours du CO 2 injection et stockage.

Mohamed Nooriepour, qui est chercheur au Département de Géosciences, a soutenu sa thèse de doctorat sur ce sujet en décembre 2018. Il a étudié le potentiel de stockage efficace et sûr du CO 2 en mer du Nord et en mer de Barents.

Il a examiné, entre autres, que se passe-t-il exactement lorsque le sel précipite. Où dans les pores se forment les cristaux ? Et comment les propriétés de stockage de la roche sont-elles affectées ?

Les travaux de Nooraiepour s'inscrivent dans un projet plus vaste portant sur les réactions entre les minéraux, eau salée, et Cie 2 , dirigé par Helge Hellevang à l'Institut des géosciences de l'UiO. Un des articles de sa thèse de doctorat a été publié dans Sciences et technologies de l'environnement . Il est écrit en collaboration avec Hossein Fazeli, Rohaldin Miri et Helge Hellevang.

Equinor a constaté que la perméabilité de la roche est réduite au fil du temps lors de l'injection de CO 2 . Le phénomène a été étudié par plusieurs étudiants de l'UiO depuis que Helge Hellevang et Rohaldin Miri ont initié le projet il y a quelques années.

Beaucoup d'eau dans les rochers

Les roches poreuses peuvent contenir de grandes quantités d'eau salée. Dans les roches très poreuses, plus de 30 pour cent du volume peut être de l'eau. Pour faire simple, lors de l'injection de CO 2 , à un certain point de saturation, des cristaux de sel commencent à se former – un processus connu sous le nom de précipitation du sel.

"Nous avons découvert que les cristaux de sel se forment à l'interface entre la roche et le CO 2 et qu'ils grandissent rapidement en se connectant les uns aux autres. Réellement, il existe plusieurs formes de cristaux de sel. Le plus petit se mesure en micromètres. Dans nos expériences, nous avons vu qu'ils évoluaient si rapidement qu'ils pouvaient bloquer le flux", explique Nooraiepour.

Il a fait une découverte surprenante dans ces expériences :

"Les cristaux de sel sont hydrophiles, ce qui signifie qu'ils aiment l'eau, et ils tirent de l'eau sur de longues distances. Lorsque l'eau est attirée contre le front de précipitation, la teneur en sel aide les cristaux de sel à devenir encore plus gros. Par conséquent, quand le CO 2 est injecté, la perméabilité de la roche sera réduite voire bloquée."

Qu'est-ce que cela signifie pour le stockage à grande échelle du CO 2 ?

« Cela signifie différentes choses si vous êtes proche du puits d'injection ou loin de celui-ci. Pour le CO à grande échelle 2 stockage en mer du Nord, les précipitations de sel près du puits pourraient rendre plus difficile l'injection de CO 2 . Ce fait était déjà connu par des expériences et des expériences de terrain. Ce qui n'était pas connu, étaient les mécanismes derrière. Mes collègues et moi avons contribué avec plus de connaissances, et nous avons montré que les cristaux de sel attirent l'eau sur de plus longues distances."

Mécanisme d'auto-raccommodage

Ceci s'applique à la zone proche du puits pendant la phase d'injection. Qu'en est-il de la capacité du caprock à retenir le CO 2 , quel est un aspect tout aussi important pour obtenir un stockage sécurisé ?

« Pour la phase de stockage, nos découvertes sur les précipitations salines sont de bonnes nouvelles. Quand tu t'éloignes du puits, la précipitation du sel peut aider à sécuriser le stockage. L'explication réside dans le fait que s'il y a rupture, Une fissure, dans le rocher, et Cie 2 commence à couler, des cristaux de sel se formeront dans les ouvertures. Cela a à voir avec des changements dans les propriétés thermodynamiques lorsque la pression et la température chutent, résultant en une perméabilité réduite et en arrêtant la fuite au fil du temps. La précipitation du sel agira ainsi comme un mécanisme d'auto-réparation. Cela n'était pas connu avant."

Utiliser des équipements de laboratoire de pointe (voir les faits), Nooraiepour et ses collègues ont testé et observé des roches poreuses sous différentes pressions, températures et avec des salinités différentes. Sur cette base, ils ont effectué des analyses thermodynamiques des facteurs susceptibles d'affecter les conditions de stockage.

Quelle est la signification des découvertes ?

« Quand nous parlons de la façon dont le CO 2 est injecté, nous avons acquis de nouvelles connaissances qui peuvent aider à réduire les précipitations de sel près du puits. Nous comprenons mieux le processus, nous connaissons les facteurs thermodynamiques affectant la précipitation du sel à différents taux d'injection."

Ainsi, les chercheurs savent quels paramètres doivent être ajustés pour éviter que les pores ne se bouchent pendant la phase critique d'injection.

« Pour la phase de stockage, nous avons préparé une proposition de nouvelle méthode d'évaluation de l'injectivité et de la capacité de stockage du réservoir. De nouveau, il est essentiel de comprendre les mécanismes thermodynamiques. Cela nous permet de calculer à quel point le réservoir de stockage sera sécurisé dans le temps. »

Influence thermodynamique

La sagesse conventionnelle disait que les conditions thermodynamiques n'affectaient pas la façon dont le sel précipite. Nooraiepour a un point de vue différent à ce sujet – après avoir expérimenté avec de vraies roches, faire varier des températures élevées et des pressions élevées variables tout en observant le processus en temps réel au microscope. Il a vu comment les cristaux de sel se comportent différemment selon la pression et la température.

"Essentiellement, il s'agit de physique de base. C'est une condition préalable à la sécurité du CO 2 stockage à grande échelle."

Jusque récemment, Le groupe de recherche de Nooraiepour a opéré à l'échelle des pores, en utilisant des mesures de micromètres, qui est de 0,001 millimètres. En termes d'applications sur le terrain, le groupe étendra les expériences et modélisera les processus pour les tests de base et à l'échelle du terrain à plus grande échelle, zones interconnectées.

Combien de temps faudra-t-il pour que les nouvelles connaissances prennent une signification pratique pour le stockage du CO 2 ?

"Une partie de la physique que nous introduisons peut être appliquée maintenant. Si cela doit être utilisé en conjonction avec CCS, nous savons maintenant qu'il faut tenir compte des effets thermodynamiques. Nous avons deux nouveaux doctorants qui travaillent à modéliser ces processus. À la fois, nous prévoyons de faire des simulations à l'échelle du terrain. J'espère que dans deux ou trois ans nous pourrons présenter les résultats de ces expériences."

Les nouvelles connaissances sur les précipitations salines sont-elles importantes pour d'autres régions?

"Oui, absolument - pour l'agriculture et les questions environnementales. Les précipitations de sel dans le sol réduisent la fertilité, donc il y a un grand potentiel."