Een mogelijke oplossing voor het aanpakken van klimaatverandering is om koolstofdioxide veilig ondergronds op te slaan in reservoirs waaruit eerder olie werd gewonnen, een aanpak die bekend staat als koolstofvastlegging. Dit is duur, maar de kosten kunnen worden verlaagd door eventuele resterende olie uit deze reservoirs te extraheren en tegelijkertijd de kooldioxide in te voeren. Echter, het was moeilijk om de meest geschikte locaties te bepalen in termen van het langdurig vasthouden van kooldioxide en het maximaliseren van de winning van olie.

Onderzoek van het International Institute for Carbon Neutral Energy Research (I2CNER) aan de Japanse Kyushu University heeft nu een methode ontwikkeld om een ​​hogedrukmengsel van olie, kooldioxide, en water onder de grond en voor zover het rots doordringt, gebaseerd op beelden van de rotsstructuur genomen op microscopisch niveau. Deze aanpak moet helpen bij het identificeren van geschikte locaties voor het toepassen van deze technologie, waardoor de hoeveelheid koolstofdioxide die kan worden vastgelegd toeneemt en de klimaatverandering wordt tegengegaan.

Voor koolstofvastlegging op locaties van afgewerkte oliereservoirs, kooldioxide wordt onder zo'n hoge druk geïnjecteerd dat het een vloeistofachtige vorm aanneemt die superkritische vloeistof wordt genoemd. Er zijn dus drie "vloeistoffen":koolstofdioxide, water, en olie, op deze ondergrondse plaatsen, dus het is moeilijk om hun complexe gedrag te modelleren. In hun studie hebben de onderzoekers gebruikten een model genaamd het driefasige rooster-Boltzmann-model om te voorspellen wat er met deze vloeistoffen zal gebeuren tijdens koolstofvastlegging, rekening houdend met factoren zoals de grootte en vorm van lege "poriën" in het gesteente en de verzadigingsniveaus van deze vloeistoffen in het gesteente. Deze benadering biedt verder de driefasige relatieve permeabiliteit van natuurlijke rotsen, hoewel laboratoriummetingen hiervan uiterst gecompliceerd zijn, duur, en tijdrovend.

"Bij koolstofvastlegging, we kunnen koolstofdioxide omleiden van grote productielocaties zoals elektriciteitscentrales naar ondergrondse reservoirs, waar het duizenden jaren zou moeten blijven, " studie co-auteur Takeshi Tsuji zegt. "Onze methode kan ons vertellen welke opslagplaatsen hiervoor het beste zijn. Het doet dit door te onthullen hoeveel kooldioxide en olie er op een bepaalde plek door de rots zal gaan."

Tsuji en auteur Fei Jiang bevestigden de nauwkeurigheid van deze methode door deze te testen met een 3D-beeld van de microstructuur van zandsteen. De simulatie omvatte het instellen van begincondities met olie en water aanwezig op verschillende niveaus in het gesteente, gevolgd door de injectie van kooldioxide onder hoge druk, waarna de veranderingen in de verdelingen van deze drie componenten werden voorspeld. Eerdere studies waren niet in staat om dergelijke driefasige vloeistofstroomsimulatie in 3D natuurlijke zandsteen uit te voeren; daarom is deze succesvolle simulatie in natuurlijk gesteente een opwindende prestatie.

"De nauwkeurigheid van de resultaten van onze methode is erg belangrijk, Jiang zegt. "Als beoefenaars van koolstofvastlegging verkeerde berekeningen maken en ongeschikte locaties kiezen, koolstofdioxide kan niet door het gesteente gaan, en breuken kunnen ontstaan ​​in het gesteente na de hogedrukinjectie, die kunnen leiden tot gevaarlijke emissies aan de oppervlakte of aardbevingen veroorzaken."

Door de efficiëntie van de oliewinning te verbeteren en zo de winstgevendheid van deze vorm van koolstofvastlegging te vergroten, deze methode moet het mogelijk maken om deze vorm van koolstofafvang breder uit te voeren.

Het artikel "Estimation of three-phase relatieve permeability by simulatie van vloeistofdynamica direct op rots-microstructuurafbeeldingen" werd gepubliceerd in Onderzoek naar waterbronnen .