Nieuw onderzoek aan de Universiteit van Texas in Austin toont aan dat het injecteren van lucht en koolstofdioxide in methaanijsafzettingen begraven onder de Golf van Mexico enorme natuurlijke gasbronnen kan ontsluiten en tegelijkertijd de klimaatverandering kan helpen bestrijden door de koolstofdioxide ondergronds op te sluiten.

De studie, gepubliceerd op 27 juni in het tijdschrift Onderzoek naar waterbronnen , computermodellen gebruikt om te simuleren wat er gebeurt als mengsels van kooldioxide en lucht worden geïnjecteerd in afzettingen van methaanhydraat, een ijsachtige, waterrijke chemische verbinding die zich van nature vormt onder hoge druk, omgevingen met lage temperaturen, zoals diep in de Golf van Mexico en onder Arctische permafrost.

Hoofdauteur Kris Darnell, een recent doctoraat van de UT Jackson School of Geosciences, zei dat het onderzoek de volgende stap is in het oplossen van twee belangrijke wereldwijde uitdagingen:energiezekerheid en koolstofopslag.

"Ons onderzoek toont aan dat je koolstofdioxide kunt opslaan in hydraten en tegelijkertijd energie kunt produceren, " zei Darnell, wiens onderzoek werd gefinancierd door het University of Texas Institute for Geophysics (UTIG).

In het proces, de stikstof in de geïnjecteerde lucht sleept het methaan naar een productieput en laat koolstofdioxide zijn plaats innemen, aldus onderzoekers. Het mooie van deze aanpak is dat het aardgas uit methaanhydraatafzettingen haalt en tegelijkertijd koolstofdioxide opslaat, een broeikasgas, in een diepe omgeving waar het waarschijnlijk niet in de atmosfeer terechtkomt waar het zou kunnen bijdragen aan klimaatverandering.

Dit is niet de eerste keer dat hydraatafzettingen zijn voorgesteld voor opslag van kooldioxide. Eerdere pogingen mislukten of leverden matige resultaten op. De nieuwe studie breekt de fysica achter het proces af om te onthullen waarom eerdere pogingen faalden en hoe het goed te krijgen.

De volgende stap, zei Darnell, is om hun bevindingen in een laboratorium te testen. De Jackson School en de UT Hildebrand Department of Petroleum and Geosystems Engineering testen de methode momenteel in een gespecialiseerde faciliteit in de Jackson School, dat een van de weinige ter wereld is die methaanhydraat kan opslaan en testen. Dit werk wordt geleid door Peter Flemings, een professor aan de Jackson School en senior UTIG-onderzoeker, en David DiCarlo, een professor in de Hildebrand-afdeling. Beiden zijn co-auteurs van het papier.

"Twee dingen zijn echt cool. Ten eerste, we kunnen aardgas produceren om energie op te wekken en CO2 vast te leggen "zei Vlamingen. "Ten tweede, door het methaanhydraat te verwisselen met CO2-hydraat, we verstoren de (geologische) formatie minder, het verminderen van de milieu-impact, en we maken het proces energetisch efficiënter.”

Als kan worden aangetoond dat het proces op industriële schaal in het veld werkt, het heeft een enorm potentieel.

Methaanhydraat behoort tot een groep chemische verbindingen die bekend staat als gashydraten, waarin gasmoleculen vast komen te zitten in kooien van waterijsmoleculen in plaats van zich er chemisch aan te binden. UT en het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) werken samen om natuurlijk vormende methaanhydraten te bestuderen met als doel hun potentieel als energiebron te achterhalen. Dit is belangrijk omdat schattingen suggereren dat methaan gewonnen uit hydraatafzettingen alleen al onder de Golf van Mexico het land honderden jaren van stroom zou kunnen voorzien.

In de krant, de auteurs toonden aan dat een proces waarbij het ene type molecuul dat in hydraat zit, wordt uitgewisseld voor een ander (uitwisseling van gastmoleculen genoemd) een proces in twee fasen is en niet een enkelvoudig, gelijktijdig proces, zoals vroeger werd gedacht.

Eerst, stikstof breekt het methaanhydraat af. Tweede, het kooldioxide kristalliseert in een langzaam bewegende golf van kooldioxidehydraat achter het ontsnappende methaangas.

De computersimulaties geven aan dat het proces kan worden herhaald met toenemende concentraties kooldioxide totdat het reservoir verzadigd raakt. De auteurs zeiden dat, in tegenstelling tot sommige methoden van koolstofopslag, dit is een duidelijke stimulans voor de industrie om te beginnen met de opslag van kooldioxide, een belangrijke aanjager van klimaatverandering.

"We nodigen nu openlijk de hele wetenschappelijke gemeenschap uit om erop uit te gaan en te gebruiken wat we leren om de bal vooruit te helpen, ’, aldus Vlamingen.