Door de wetenschappelijke gemeenschap erkend als de belangrijkste oorzaak van de opwarming van de aarde, CO ₂ niveaus in de atmosfeer blijven stijgen, zoals bevestigd door het rapport van november 2019 van de Wereld Meteorologische Organisatie.

De belangrijkste oorzaak van deze toename is de door de mens veroorzaakte industriële en economische activiteit, stoot ongeveer 35 miljard ton (35 Gt) CO . uit ₂ per jaar wereldwijd, waaraan we de effecten van ontbossing en landverstedelijking moeten toevoegen (6 Gt per jaar).

Vegetatie en oceanen spelen hun rol als natuurlijke putten door meer dan de helft van deze hoeveelheden op te nemen, maar het overschot blijft zich jaar na jaar in de atmosfeer ophopen en veroorzaakt een niet-aflatende toename van CO ₂ niveaus.

Geologische opslag van CO₂

De voor de hand liggende en verplichte oplossing is om onze CO . te verlagen ₂ uitstoot. Dit betekent een drastische vermindering van ons gebruik van fossiele brandstoffen (olie, gas, steenkool), parallel met de ontwikkeling van alternatieve energiebronnen en vectoren (zon, wind, geothermisch, biomassa, waterkracht, waterstof, enzovoort.).

Echter, deze verandering gaat niet van de ene op de andere dag en vereist begeleidende maatregelen, een daarvan is het vastleggen van de atmosferische CO ₂ en bewaar het diep onder de grond, waar de koolstof oorspronkelijk vandaan kwam. Deze technologie staat bekend als CO ₂ vastleggen en opslaan (CCS).

CCS bestaat uit het afvangen van de CO ₂ in het rookgas van industriële installaties, vervolgens diep onder de grond injecteren (1, 000 meter of meer) via een speciale put. de gasvormige CO ₂ wordt vóór injectie samengeperst in een dichtere staat (maar nog steeds lichter dan water), waardoor het in grote hoeveelheden kan worden geïnjecteerd. De opslagplaats is zorgvuldig geselecteerd zodat de CO ₂ blijft permanent gevangen en bestaat typisch uit een poreus reservoirgesteente met ruimten tussen de korrels (poriën) die zout water bevatten (niet drinkbaar). Het wordt bedekt door een ondoordringbare deksteen die elke stijging naar het oppervlak van het CO .-gedeelte verhindert ₂ niet gevangen in de rotsporiën of opgelost in het zoute water.

De CCS-technologie is bewezen en klaar voor gebruik op grote schaal. Daten, 19 grootschalige CCS-faciliteiten zijn operationeel over de hele wereld, voorkomen van de uitstoot van circa 40 miljoen ton (40 Mt) CO ₂ per jaar. Niettemin, CCS blijkt te traag om van de grond te komen op het niveau dat nodig is om de wereldwijde emissiereductiedoelstellingen te halen, en dit ondanks meer dan 40 jaar operationele ervaring en het alarmerende feit dat experts op het gebied van klimaatmodellering rekenen op CCS om 14 procent bij te dragen aan het algehele klimaatoplossingspakket (OESO/IEA ETP 2017, P. 31). De kosten van operaties en de relatief zware infrastructuur om te installeren verklaren deze situatie gedeeltelijk, evenals een gebrek aan politieke steun, maar we moeten manieren vinden om deze impasse te doorbreken.

BRGM is de afgelopen 25 jaar betrokken geweest bij verschillende onderzoeksprojecten op het gebied van CCS. Sinds 2013 echter BRGM en haar partners hebben gewerkt aan een nieuwe CCS-optie die eenvoudiger te implementeren is, goedkoper en geschikt voor downscaling zodat het lokaal kan worden toegepast om CO . te verminderen ₂ emissies van "kleine" industriële installaties.

Een oplossing bieden voor "kleine" industriële vervuilers

Om de doelstellingen van het Akkoord van Parijs te halen, we hebben het hele scala aan emissiebeperkende maatregelen nodig, en dit ongeacht de schaal. In Frankrijk, CO ₂ emissies vertegenwoordigen vandaag iets minder dan 1 procent van de wereldwijde emissies (d.w.z. 2 -emissies"> 338 Mt CO₂ per jaar), opgesplitst in 31 procent voor de industrie, energietransformatie en afval (de bronnen die door CCS kunnen worden aangepakt), 31 procent voor transport, 19 procent voor landbouw en 19 procent voor huisvesting.

Echter, bijna 84 procent van de Franse industriële emittenten is "klein, " d.w.z. minder dan 150 uitstoten, 000 ton (150 kt) CO ₂ per jaar, het gemiddelde is 38 kt CO ₂ per jaar. Niettemin, toen alles bij elkaar opgeteld deze kleine of zeer kleine uitstoters wegen samen bijna 32 Mt CO ₂ per jaar, wat niet iets is om je schouders over op te halen.

Echter, deze sites zijn verspreid over het hele land, de conventionele CCS-oplossing voor hen ontoegankelijk maken; het is onmogelijk om meerdere kleine en dure afvangeenheden te bundelen om significante hoeveelheden CO . te transporteren ₂ naar een enkele en noodzakelijkerwijs externe opslaglocatie. CCS, zoals die tegenwoordig in de wereld wordt ingezet, slaat hoeveelheden op in de orde van grootte van een miljoen ton CO ₂ per jaar en per locatie, dat is minstens 25 keer meer dan de gemiddelde uitstoot van kleine installaties zoals die in Frankrijk.

CO₂-opslag gecombineerd met verwarming:een ontbrekende schakel

De CO₂-opgeloste oplossing, ontwikkeld door BRGM, stelt een nieuwe benadering van CCS voor die perfect is aangepast aan deze kleine industriële emitters. Een belangrijk verschil is dat de CO ₂ wordt volledig opgelost in het zoute water van een diepe watervoerende laag opgeslagen, in tegenstelling tot de conventionele benadering waarbij CO ₂ wordt gecomprimeerd tot een dichte toestand.

Om dit te doen, water wordt via een productieput uit het diepe reservoir gepompt voordat het via een tweede injectieput weer ondergronds wordt geïnjecteerd, na oplossen van de CO ₂ gevangen in de industriële fabriek. Samen vormen deze twee putten een zogenaamde "doublet, " identiek aan de doubletten die worden gebruikt bij diepe geothermische exploitatie. Deze gelijkenis van infrastructuur maakt het mogelijk om tegelijkertijd de warmte te onttrekken die aanwezig is in het water dat uit het reservoir wordt gepompt.

Deze ondergrondse synergie - CO .-opslag ₂ en warmtewinning—verbetert de rendabiliteit van de CO ₂ -Opgeloste werking in vergelijking met conventionele CCS, op voorwaarde dat de teruggewonnen energie lokaal kan worden benut. Het leveren van een warmtenet aan gebouwen, of het nu gaat om collectieve of individuele huisvesting, dienst- of bedrijfsgebouwen, is een goed voorbeeld van het benutten van de geproduceerde warmte. Op deze manier, we kunnen industriële CO . opslaan ₂ terwijl we onze huizen verwarmen, en dat allemaal dankzij een bijna koolstofvrije energiebron die conventionelere en minder milieuvriendelijke vormen van verwarming vervangt (verwarming is goed voor bijna 20 procent van de CO ₂ emissies in Frankrijk).

Hoe CO₂-opgelost werkt

de CO ₂ -Opgelost concept ontstond aanvankelijk vanwege de voordelen die het biedt voor het beheren van een opslaglocatie. Inderdaad, met de conventionele CCS-aanpak, de toename van de reservoirdruk veroorzaakt door de massale injectie van CO ₂ vereist continue monitoring van de site om ervoor te zorgen dat deze bepaalde limieten niet overschrijdt. de CO ₂ -Opgeloste benadering vermijdt elke drukverhoging door dezelfde hoeveelheid water uit/in het reservoir te extraheren en opnieuw te injecteren.

evenzo, met injectie in het reservoir van de CO ₂ in een opgeloste in plaats van gasvormige toestand, we vermijden elke neiging van de CO ₂ natuurlijk opstaan, en dus elk potentieel risico op lekkage van CO ₂ naar de oppervlakte en verontreiniging van ondiepe watervoerende lagen die worden gebruikt voor de drinkwatervoorziening. Het water met de opgeloste CO ₂ is in feite iets dichter dan het reservoirwater en heeft de neiging naar de bodem van het reservoir te zinken. Dit vermindert op zijn beurt de noodzaak van een rigoureuze controle van potentiële preferentiële vluchtroutes, namelijk de putten en de ondoordringbare rotsbedekking.

Nog een voordeel, vergeleken met conventionele CCS, ligt in de vereenvoudigde infrastructuur en de geschiktheid voor lokale toepassing, waardoor de noodzaak om pijpleidingnetwerken te bouwen om de CO . te transporteren, wordt vermeden ₂ van de emitterende industriële locaties naar de opslaglocatie.

Casestudy:echt potentieel in Frankrijk

Om de CO ₂ -Opgeloste technologie voor toepassing op een fabriek, aan twee basisvoorwaarden moet worden voldaan.

Ten eerste, de ondergrond onder de industriële installatie moet de nodige hydrogeologische en thermische eigenschappen hebben om geothermische exploitatie mogelijk te maken; typisch, pomp-/injectiedebieten in de orde van 200 tot 350 m ³ /h en watertemperatuur tussen 40 en 90°C.

Ten tweede, de oplosbaarheidsgrens van opgeloste CO ₂ concentratie (in de orde van 50 kg CO ₂ /m ³ water) mag niet worden overschreden, om ervoor te zorgen dat de CO ₂ blijft volledig opgelost (dus zonder gasbellen) bewaard. Deze technische beperkingen zorgen ervoor dat de hoeveelheid CO ₂ geïnjecteerd moet onder de 10 tot 17 ton per uur worden gehouden, met waterdebietwaarden zoals hierboven vermeld, wat overeenkomt met een maximale opslagcapaciteit van ongeveer 150 kt CO ₂ per jaar. Dit verklaart waarom deze technologie is aangepast aan kleine emitters, Zoals hierboven vermeld, en biedt daarmee een koolstofarm perspectief aan een industriële sector die momenteel weinig of geen andere alternatieven heeft.

Om het potentieel van de inzet van de CO . beter te begrijpen ₂ -Opgeloste technologie in heel Frankrijk, industrieterreinen met lage CO ₂ emissies (minder dan 150 kt per jaar) werden in kaart gebracht en gesuperponeerd met zones van diepe reservoirs met geothermisch potentieel (in blauw, zie kaart). Onder deze sites, wijd verspreid over Frankrijk, 437 bevinden zich in de blauwe zones en zijn daarom potentieel compatibel met de CO ₂ -Opgeloste aanpak. Samen stoten deze locaties zo'n 17 Mt CO . uit ₂ jaarlijks, dat is meer dan 12 procent van de Franse industriële emissies. Kleine acties wanneer ze worden samengevoegd, kunnen aanzienlijke resultaten opleveren.

Niet alleen zou de opslag van deze emissies de koolstofvoetafdruk van deze industrieën aanzienlijk verbeteren, maar het extra voordeel van het gebruik van geothermische energie als middel voor verwarming en dus het vervangen van fossiele brandstoffen zou de milieurekening verder verlagen.

Lopende werkzaamheden zijn gericht op het voorbereiden van de eerste CO ₂ injectieproeven in een bestaand aardwarmtedoublet. Dit valideert de essentie van de CO ₂ -Opgelost begrip, door met name het injectieapparaat en de methoden voor continue monitoring van de CO . te testen ₂ oplossen in het water van de injectieput. De volgende stap is het implementeren, op een industrieterrein, een eerste demonstratie van de volledige technologie.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.