Αυξημένη εμπιστοσύνη στην αποθήκευση CO2

Το εξάρτημα τρυπανιών που έχει τεθεί στη διάθεση του πελάτη μειώνεται από την πλευρά του RRS James Cook. Η εξέδρα έχει σχεδιαστεί για να σπρώχνει τον καμπύλο σωλήνα χάλυβα στο ίζημα του βυθού. Εικόνα: Πρόγραμμα STEMM-CCS πνευματικών δικαιωμάτων

Οι δεξαμενές τροφοδοσίας CO2 έπρεπε να έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να αντέχουν στις δυσκαμψίες του περιβάλλοντος της Βόρειας Θάλασσας. Εικόνα: Πρόγραμμα STEMM-CCS πνευματικών δικαιωμάτων

Ο μικροπροφίλτρος μετρά την χημεία των ιζημάτων σε ανάλυση μικρόμετρου, εισάγοντας αργά τα ηλεκτρόδια στα ιζήματα σε διάστημα μίας ώρας. Αυτό το όργανο μας επιτρέπει να εξετάσουμε ακόμη και μικρές αλλαγές που συμβαίνουν στα ιζήματα καθώς το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται στα ιζήματα. Εικόνα: Πρόγραμμα STEMM-CCS πνευματικών δικαιωμάτων

Ο Kelvin Boot είναι επιστημονικός υπεύθυνος που συνεργάζεται με το εργαστήριο θαλάσσιου ποταμού Plymouth και ασχολείται επί του παρόντος με τη μεταφορά γνώσεων για το έργο STEMM-CCS που χρηματοδοτείται από την ΕΕ.

Previous Next

Αν θέλουμε να αποθηκεύσουμε μεγάλους όγκους διοξειδίου του άνθρακα (CO2) σε αποθέματα πετρελαίου και αερίου κάτω από τον πυθμένα, πρέπει να είμαστε βέβαιοι ότι, στην απίθανη περίπτωση διαρροής, μπορούμε να την εντοπίσουμε. Μια ερευνητική αποστολή, η οποία διεξήγαγε ένα πρώτο παγκόσμιο πείραμα που σχεδιάστηκε για να αναπτύξει μεθόδους ανίχνευσης και παρακολούθησης των διαρροών, μόλις επέστρεψε από τη Βόρεια Θάλασσα. έχει κηρυχθεί μεγάλη επιτυχία.

Η αλλαγή του κλίματος, λόγω των αυξανόμενων επιπέδων CO2 στην ατμόσφαιρα, αποτελεί τώρα μια καλά εδραιωμένη παρενέργεια των ανθρώπινων δραστηριοτήτων που έχει βαθιές επιπτώσεις στα φυσικά συστήματα της Γης. Ενώ καταβάλλονται προσπάθειες για τη μείωση μελλοντικών πηγών παραγωγής ανθρακούχου CO2, όπως από τη βιομηχανία και τις μεταφορές, υπάρχει παράλληλη ανάγκη να αποφευχθεί η εισροή φυσικού αερίου από τις υπάρχουσες δραστηριότητες που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα. Η δέσμευση και αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα (CCS), όπου το CO2 περιέχεται στην πηγή, μεταφέρεται και τελικά αποθηκεύεται μακριά από την ατμόσφαιρα, είναι μια τέτοια στρατηγική. Βάζοντας το CO2 πίσω από το οποίο ήρθε, βαθιά κάτω από τον βυθό της θάλασσας σε εξαντλημένα αέρια ή δεξαμενές πετρελαίου, φαίνεται μια λογική λύση, αλλά υπάρχουν προκλήσεις. Για να δημιουργηθεί εμπιστοσύνη στην προσέγγιση αυτή, προτεραιότητα πρέπει να είναι η ταχεία αντιμετώπιση οποιασδήποτε διαρροής, αν συμβεί: ανίχνευσή της, μέτρηση της ισχύος και της διάρκειας της, πρόβλεψη τυχόν επιπτώσεων στο περιβάλλον και σφράγιση εάν είναι απαραίτητο.

Οι προηγούμενες έρευνες με βάση το εργαστήριο και μεσοσώματα σχετικά με τις επιπτώσεις του CO2 στη θαλάσσια ζωή έδειξαν ότι μπορεί να αλλάξει το pH του θαλασσινού νερού και να δημιουργήσει τοπικές συνθήκες οξίνισης των ωκεανών, οι οποίες φαίνεται να είναι επιζήμιες για πολλούς τύπους βενθικών (βυθού) ζωής. Ένα προηγούμενο πείραμα ρηχού ύδατος, το έργο ποσοτικοποίησης και παρακολούθησης των πιθανών επιπτώσεων στο οικοσύστημα του έργου αποθήκευσης γεωλογικού άνθρακα (QICS), παρείχε κάποιες ενδείξεις ως προς την έκταση, τη διάρκεια και τη συμπεριφορά ενός στρώματος CO2 από μια προσομοιωμένη διαρροή, ενώ οι μελέτες σε φυσικές θέσεις διάχυσης παρείχε επίσης κρίσιμες πληροφορίες. Τώρα ένα μεγαλύτερο πείραμα έχει δοκιμαστικές μεθόδους, εξοπλισμό και αισθητήρες υπό συνθήκες πραγματικής ζωής στο αυστηρό περιβάλλον της Βόρειας Θάλασσας του Ηνωμένου Βασιλείου.

Συλλογή δειγμάτων αερίου καθώς αυτά εκτείνονται από κάτω από το ίζημα. Η χρήση ενός ROV κατά τη διάρκεια αυτής της ευαίσθητης λειτουργίας αποδεικνύει ότι ακόμη και μικρές διαρροές μπορούν να δειγματοληφθούν σε δύσκολες συνθήκες. Εικόνα: Πρόγραμμα STEMM-CCS πνευματικών δικαιωμάτων

Οι στρατηγικές περιβαλλοντικής παρακολούθησης της δέσμευσης και αποθήκευσης του θαλάσσιου άνθρακα (STEMM-CCS) είναι ένα ερευνητικό πρόγραμμα χρηματοδοτούμενο από την Ευρωπαϊκή Ένωση Horizon2020. Συγκεντρώνει ερευνητές από τη Γερμανία, τη Νορβηγία, την Αυστρία και το Ηνωμένο Βασίλειο, μαζί με τον εταίρο της βιομηχανίας Shell, να αναπτύξει τις τεχνικές και την τεχνολογία για την ανίχνευση ιχνών διαρροής CO2 σε θαλάσσιο περιβάλλον, να παρατηρήσει πώς συμπεριφέρεται το αέριο στα ιζήματα πάνω από την στήλη νερού και να προβλέψουμε πόσο μακριά μπορούν να διαρρεύσουν οι διαρροές και τι επιπτώσεις μπορεί να έχουν - αλλά αυτή τη φορά σε όσο το δυνατόν πλησιέστερα προς τις "πραγματικές" συνθήκες. Κατά τη διάρκεια του Μαΐου του τρέχοντος έτους, μια ερευνητική αποστολή έφυγε από το Εθνικό Κέντρο Ωκεανογραφίας του Ηνωμένου Βασιλείου στο Σαουθάμπτον, με το RRS James Cook. Μόλις βρισκόταν στο σταθμό, κοντά στην πλατφόρμα Goldeneye της Shell, περίπου 100 χιλιόμετρα από την ακτή της Σκωτίας και σε βάθος 120 μ. Νερού, άρχισε το πείραμα. Ένας σωλήνας εισήχθη ρομποτικά στον πυθμένα της θάλασσας - η πρώτη φορά που ένα τέτοιο πείραμα έχει επιχειρηθεί σε βάθος στην ανοιχτή θάλασσα. Ο καμπύλος χαλύβδινος σωλήνας διαμέτρου 1,5εκ τοποθετήθηκε επιτυχώς μέσα στο ίζημα για να εξασφαλίσει ότι η έξοδος του ήταν 3 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του θαλάσσιου βυθού. Ακούγεται απλό, αλλά για να επιτευχθεί αυτό, αναπτύχθηκε και κατασκευάστηκε από την Cellula Robotics στον Καναδά μια εξειδικευμένη εξέδρα "τρυπάνι" για την ώθηση του σωλήνα στο ιζήματα. Στη συνέχεια, ο αγωγός συνδέθηκε με ένα τηλεχειριζόμενο όχημα (ROV) σε μια παροχή CO2 στον πυθμένα της θάλασσας, επιτρέποντας στο αέριο να ρεύσει μέσω του σωλήνα στα ιζήματα. Και πάλι, αυτό ακούγεται απλό, αλλά οι ειδικά σχεδιασμένοι κύλινδροι αερίου που στεγάζονται σε μια δεύτερη εξέδρα έπρεπε να κατασκευαστούν για να αντέχουν στο σκληρό περιβάλλον του θαλάσσιου νερού της Βόρειας Θάλασσας.

Ευτυχώς, οι συνθήκες παρέμειναν ήρεμες κατά τη διάρκεια αυτής της επιχείρησης και η ομάδα επιστημόνων επί του σκάφους εξέπνευσε ανακούφιση, καθώς οι φυσαλίδες CO2 άρχισαν να βγαίνουν από το ίζημα. Η ιδέα ήταν τότε να δοκιμαστεί πόσο καλά μπορεί να εκτελέσει μια σειρά αισθητήρων, που αναπτύχθηκαν και κατασκευάστηκαν για το πείραμα.
Τα ακουστικά και τα οπτικά όργανα αναπτύχθηκαν για να ανιχνεύσουν τον ήχο που δημιουργήθηκε από ρεύματα φυσαλίδων ή να τα εντοπίσουν με κάμερες, ενώ οι χημικοί αισθητήρες "ξεγέλασαν" το CO2 και τις ελάχιστες ποσότητες αδρανών χημικών ιχνηθετών που περιείχαν, επιτρέποντας έτσι στους επιστήμονες να διαφοροποιήσουν αυτό το σήμα από οποιοδήποτε φυσικώς απαντώμενο CO2. Τα ROV και τα αυτόνομα υποβρύχια οχήματα (AUVs) που φέρουν άλλους αισθητήρες ολοκλήρωσαν το οπλοστάσιο της χρησιμοποιούμενης τεχνολογίας. Η ομάδα επί του σκάφους ήταν εξαιρετικά ευχαριστημένη και ευχαριστημένη που οι αισθητήρες και τα εργαλεία παρακολούθησης που δοκιμάζαν ήταν πολύ καλύτερα από το αναμενόμενο. Αυτό έχει οδηγήσει σε κάποια εγγύηση ότι ακόμη και πολύ μικρές απελευθερώσεις του CO2 σε ένα θαλάσσιο σύστημα θα μπορούσαν να ανιχνευθούν, τόσο στη διαλυμένη φάση όσο και ως φυσαλίδες. Αυτά τα αποτελέσματα κατέδειξαν σαφώς τη χρησιμότητα του συνδυασμού ενός αριθμού προσεγγίσεων ανίχνευσης και παρακολούθησης για την ανίχνευση διαρροών από δεξαμενές CCS.

Ένα δεύτερο ερευνητικό πλοίο, RV Poseidon, με προσωπικό και ομάδα επιστημόνων από το Κέντρο GEOMAR Helmholtz για την έρευνα του ωκεανού στο Kiel της Γερμανίας, έφτασε στην οπτική γωνία της πλατφόρμας Goldeneye και του RRS James Cook. Οι εταίροι στο έργο STEMM-CCS, η ομάδα GEOMAR, συμμετείχαν σε πιο απομακρυσμένες μελέτες παρακολούθησης και βάσης βυθού που συνδέονται με το πείραμα, συνδυάζοντας εμπειρογνωμοσύνη και εγκαταστάσεις σε ευρωπαϊκά έθνη.

Το υδροφωτιστικό τοίχωμα στο βυθό της θάλασσας, ακούει τις φούσκες του ήχου να φτιάχνουν καθώς βγαίνουν από τον βυθό και μετακινούνται μέσα από τη στήλη νερού. Εικόνα: Πρόγραμμα STEMM-CCS πνευματικών δικαιωμάτων

Ο καθηγητής Douglas Connelly, επιστημονικός υπεύθυνος της NOC που ήταν επικεφαλής του έργου, είναι ικανοποιημένος με το αποτέλεσμα: "Τρία χρόνια σκληρής δουλειάς και καινοτόμων σκέψεων μας έφεραν σε αυτό το συναρπαστικό σημείο του έργου STEMM-CCS. Αυτό το πείραμα ήταν τόσο κοντά σε μια πραγματική διαρροή όσο θα μπορούσαμε να προσομοιώσουμε και είναι η πρώτη φορά, οπουδήποτε στον κόσμο, έχει επιχειρηθεί. Η Βόρεια Θάλασσα μπορεί να είναι ένα σκληρό περιβάλλον και να πάρει τον αγωγό στον βυθό της θάλασσας, που συνδέεται με μια παροχή CO2 και παράγει ένα ρεύμα αερίου θα είναι πάντα μια πρόκληση. Αυτό το ρεαλιστικό σενάριο ήταν κρίσιμο για μας να δοκιμάσουμε κατάλληλα τους αισθητήρες που έχουν αναπτυχθεί για να δώσουν ειρήνη στο μυαλό στο μέλλον, ότι αν υπάρξει διαρροή, μπορούμε να το εντοπίσουμε γρήγορα και με ακρίβεια.

Η κρουαζιέρα STEMM-CCS ήταν μια απίστευτη επιτυχία, από τεχνική άποψη. Η τοποθέτηση 3 τόνων CO2 στον πυθμένα και η απελευθέρωσή τους με ελεγχόμενο τρόπο, 3 μέτρα κάτω από τον πυθμένα, για να αποδειχθεί η υψηλή ευαισθησία που έχει η νέα γενιά θαλάσσιων αισθητήρων για την ανίχνευση του διαλυμένου και αεριώδους αερίου, δεν ήταν καμιά μέση επίδοση. Η επιτυχία του πειράματος και η απόδοση των αισθητήρων μας δίνει μια βαθμιαία αλλαγή στην εμπιστοσύνη μας ότι σε μια πραγματική κατάσταση έχουμε την ικανότητα να εντοπίζουμε και να παρακολουθούμε τη διαφυγή του CO2 από τις τοποθεσίες αποθήκευσης κάτω από τον πυθμένα ».

Αν και ο απώτερος στόχος του πειράματος και του έργου STEMM-CCS στο σύνολό του είναι η ανάπτυξη αισθητήρων και μεθόδων ανίχνευσης και παρακολούθησης της διαρροής αερίου σε μια πραγματική κατάσταση, υπάρχει και μια εκπαιδευτική πτυχή. Ζώντας από την κρουαζιέρα, ο μεταπτυχιακός ερευνητής Ben Roche (NOC) μοιράστηκε τον ενθουσιασμό μιας κρουαζιέρας έρευνας της επιστήμης, των προκλήσεων και των επιτυχιών της με περισσότερους από 200 μαθητές από το Southampton της Αγγλίας και της Ουαλίας μέσω ζωντανών συνδέσεων από το πλοίο: συζητώντας με τους μαθητές ενώ πραγματοποιούνταν η επιστημονική έρευνα και με ενθουσιασμό να δούμε πώς χρησιμοποιούν και αναλύουν δεδομένα πραγματικού κόσμου από το πείραμα στις μελέτες σπουδών τους. "Περαιτέρω εργασίες επίβλεψης σχεδιάζονται καθ 'όλη τη διάρκεια του υπολοίπου του υπολοίπου το έτος και πλήρεις λεπτομέρειες για την κρουαζιέρα και το έργο ως σύνολο μπορούν να βρεθούν στη διεύθυνση www.stemm-ccs.eu

Σχετικά με τον Συγγραφέα

Το Kelvin Boot είναι επιστημονικός υπεύθυνος που συνεργάζεται με το έργο.