Simuleringsmetode hjælper med at bekæmpe klimaændringer, øge energiforsyningen

En potentiel løsning til at håndtere klimaændringer er at opbevare kuldioxid under jorden sikkert i reservoirer, hvorfra olie tidligere blev udvundet, en tilgang kendt som kulstofbinding. Det er dyrt, men omkostningerne kan reduceres ved at ekstrahere eventuel resterende olie fra disse reservoirer samtidig med indførelsen af ​​kuldioxiden. Imidlertid, det har været vanskeligt at bestemme de mest passende steder med hensyn til at tilbageholde kuldioxiden i lang tid samt maksimere udvindingen af ​​olie.

Forskning fra International Institute for Carbon Neutral Energy Research (I2CNER) ved Japans Kyushu University har nu udviklet en metode til at simulere en højtryksblanding af olie, carbondioxid, og vand under jorden og det omfang, det gennemtrænger sten, baseret på billeder af klippestrukturen taget på mikroskopisk niveau. Denne tilgang bør hjælpe med at identificere passende steder til anvendelse af denne teknologi, derved øger mængden af ​​kuldioxid, der kan opsamles, og hjælper med at hæmme klimaændringer.

Til kulstofbinding på steder med brugte oliereservoirer, kuldioxid injiceres ved så højt et tryk, at det antager en væskelignende form kaldet superkritisk væske. Der er således tre "væsker":kuldioxid, vand, og olie, på disse underjordiske steder, så det er svært at modellere deres komplekse adfærd. I deres undersøgelse, forskerne brugte en model kaldet den trefasede gitter-Boltzmann-model til at forudsige, hvad der vil ske med disse væsker under kulstofbinding, i betragtning af faktorer som størrelsen og formerne for tomme "porer" i klippen og mætningsniveauerne for disse væsker i klippen. Denne tilgang giver yderligere den trefasede relative permeabilitet af naturlige klipper, selvom laboratoriemålinger af dette er ekstremt komplicerede, kostbar, og tidskrævende.

"I kulstofbinding, vi kan omdirigere kuldioxid fra steder med større produktion såsom kraftværker til underjordiske reservoirer, hvor den skulle forblive i tusinder af år, Medforfatter til undersøgelsen Takeshi Tsuji siger. "Vores metode kan fortælle os, hvilke lagringssteder der ville være bedst til dette. Det gør den ved at afsløre, hvor meget kuldioxid og olie der passerer gennem klippen på et bestemt sted."

Tsuji og forfatter Fei Jiang bekræftede nøjagtigheden af ​​denne metode ved at teste den med et 3D-billede af mikrostrukturen af ​​sandsten. Simuleringen involverede indstilling af begyndelsesbetingelser med olie og vand til stede på forskellige niveauer i klippen, efterfulgt af indsprøjtning af kuldioxid ved højt tryk, hvorefter ændringerne i fordelingen af ​​disse tre komponenter blev forudsagt. Tidligere undersøgelser var ude af stand til at udføre en sådan trefaset væskestrømssimulering i 3D naturlig sandsten; derfor er denne vellykkede simulering i natursten en spændende præstation.

"Nøjagtigheden af ​​resultaterne af vores metode er meget vigtig, " siger Jiang. "Hvis kulstofbindingsudøvere laver forkerte beregninger og vælger upassende steder, kuldioxid kan ikke passere gennem klippen, og der kan forekomme brud i klippen efter højtryksindsprøjtningen, som kan føre til farlige emissioner på overfladen eller udløse jordskælv. "

Ved at forbedre effektiviteten af ​​olieudvinding og dermed øge rentabiliteten af ​​denne form for kulstofbinding, denne metode skulle gøre det muligt at udføre denne form for kulstoffangst mere bredt.

Artiklen "Estimation of three-phase relativ permeability by simulating fluid dynamics directly on rock-microstructure images" blev publiceret i Vandressourceforskning .