Készítette: Király Csilla Környezettudomány M.Sc. Témavezetők: Szabó Csaba (ELTE) Falus György (MFGI)

Átírás

1 Készítette: Király Csilla Környezettudomány M.Sc. Témavezetők: Szabó Csaba (ELTE) Falus György (MFGI) ELTE TTK, Környezettudomány M.Sc. diplomamunka védés, Budapest,

2 Bevezetés Mihályi-Répcelak terület földtani felépítése Adatok forrása Vizsgálati módszerek Eredmények Összefoglalás

3 Klímaváltozás - CO 2 kapcsolata CCS (CO 2 capture and storage) kérdései Tárolási lehetőségek: kimerülő félben lévő szénhidrogén-mezők, gazdaságosan ki nem termelhető szén telepek, mafikus- ultramafikus kőzetek, sósvizes rezervoárok Lényeges kérdés: Tárolás biztonsága Fizikai és kémiai változások a tárolóban Laboratóriumi kísérletek, modell számítások, természetes analógok Cél: Víz- és gázadatok összefüggéseinek vizsgálata, CO 2 kitermelhetőségének számítása, Az eredmények alkalmazása CO 2 tárolás várható hatásaira.

4 Kummer, 2003 A B Haas, 2011 Fülöp, 1960

5 Kutatás kezdete 1933 (első fúrás 1935) Ipari CO 2 termelés: 1948-tól : víz- (158 db) és gázanalízis (128 db) Vizsgált komponensek: Víz: Na + /K +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, NH 4+, Cl -, SO 4 2-, Br -, I -, HCO 3-, CO 3 2-, BO 2 /HBO 2 /, SiO 2 /H 2 SiO 3 /, ph, lúgosság, keménység Gáz: CO 2, CH 4, N 2, etán, propán, bután, (pentán, hexán, heptán, oktán, nonán) Analitikai technológia váltás: 1974: szerves anion vizsgálata; bór és szilícium tartalom megadása más vegyületszerkezetben

6 Adatok egységesítése Adatok jóságának ellenőrzése: PHREEQC-2.0 Kumulatív eloszlás görbe Korrelációs analízis Felszín alatti vizek típusának meghatározása Vizek főelemösszetétele alapján (25 %) Piper-diagram CO 2 kitermelhetőségének meghatározása Ismert fizikai-kémiai megközelítések alapján Fázis diagramok alkalmazása

7 Vizek típusai a mintavételi idő alapján megjelenítve + : 1960-as évek : 1970-es évek : 1980-as évek Vizek típusai a mélység szerint megjelenítve + : 1100 m feletti (CO 2 szegény) : 1100 m alatti (CO 2 gazdag) Piper, 1944

8 CO 2 -H 2 O fázisdiagram Diamond, 2000 Diamond, 2000

9 Felhasznált adatok: Mihályi, Répcelak alsó-pannon II. telepei Nyomás Hőmérséklet CO 2 :H 2 O bar C v/v% : :30 CO 2 sűrűség CO 2 oldhatóság CO 2 :H 2 O ph kg/m 3 mol/kg mól % 491,71 1,091 24:76 2,93 459,61 1,074 32:68 2,94 CO 2 kitermelés által okozott változások: CO 2 -H 2 O fázisdiagram Nyomás Hőmérséklet CO 2 :H 2 O CO 2 sűrűség CO 2 oldhatóság CO 2 :H 2 O ph bar C v/v% kg/m 3 mol/kg mól % :40 153,456 0,768 9,1:90,9 3, :30 151,554 0,758 13,4:86,6 3,09 Egységnyi pórustérfogatból kitermelhető CO 2 Kitermelhető CO 2 mennyiség H 2 O-ból felszabadult CO 2 H 2 O-ból felszabaduló CO 2 hozzájárulása a kitermeléshez Oldhatóságot figyelembe véve kitermelhető CO 2 mennyiség kg/m 3 kg/m 3 % kg/m ,45 2,6 208, ,98 1,8 233,28 Diamond, 2000

10 CO 2 besajtolás hatására: A rezervoárban a nyomás nő A pórusvízben a CO 2 oldhatósága nő A pórusvíz ph-ja csökken Nem inert a rendszer a fluidumra, így ásványok beoldódnak (karbonát, földpát): ph egyensúlyi helyzetbe áll (ph 7 körül) Porozitás és permeabilitás kezdetben nő, majd lokálisan csökkenhet Diamond, 2000

11 Ipari CO 2 tárolás kulcsfontosságú kérdései 30 fúrás: 158 víz- és 128 gázadat A mért értékeket több tényező is befolyásolja Mélység és CO 2 hatása Mintavétel időpontja A két vizsgált terület közötti különbség (mintavétel időpontja, CO 2 -tartalom, telepmélység) Mintavételi és minta-előkészítési problémák CO 2 kitermelés és besajtolás modellezése

12 Köszönetnyilvánítás: Szeretném köszönetemet kifejezni Szabó Csaba Tanár úrnak és Falus Györgynek. Szőcs Teodórának köszönöm a dolgozathoz nyújtott segítséget, a konzultációs lehetőségeket. Hálámat szeretném kifejezni e témában velem együtt tevékenykedő társaimnak Szamosfalvi Ágnesnek, Berta Mártonnak, Sendula Eszternek, Szabó Zsuzsannának és Forray Viktóriának. Végül, de nem utolsó sorban köszönöm az LRG minden tagjának a munkához biztosított kiváló környezetet és szakmai hátteret, kiemelten Szabó Ábelnek, Pintér Zsanettnak és Udvardi Beatrixnak. Végül, de nem utolsó sorban szeretném megköszönni a dolgozat bírálóinak Hartai Évának és Varga Imrének a hasznos tanácsokat és az észrevételeket.

13 Kalcit oldhatósága Coto et al, 2012

14 SEM kép kalcit kvarc földpát

15 Pannon-medence feltöltődése Juhász, 1992

16 Kitermelés számolásának menete 1, A jelen lévő CO 2 tömegének és a pórusvíz tömegének meghatározása m=ρ*v 2, Ezt követően a CO 2 és a H 2 O mólaránya meghatározása M=m*1000/mmol mol%=m CO2 /M összes 3, A számolásokat a kritikus ponthoz (74 bar-hoz) tartozó adatokkal is célszerű végezni. 4, A két eredmény arányából százalékosan kifejezhető a kitermelhető CO 2 mennyisége, azonban figyelembe kell venni, hogy a számítás hibája függ a mért értékek megbízhatóságától, a felhasznált programok számítási hibájától is.

17 Vízkémia Víz típusokat befolyásolja: Mintavétel időpontja Áramlási sebesség HCO talajból beoldott CO 2 miatt lehet jelentősebb a felsőbb rétegekben Pannon-medence feltöltődése (alsóbb rétegek bepárlódása, felsőbb rétegek hígulása ÉNY-i irányból érkező folyók miatt HBO 3 - Cl - - Na m alatti erős korrelációja

18 Bodnár, 1995

19

20 Publikációs lista Lévai, Gy., Berta, M., Király, Cs., Falus, Gy., Gresits, I., Székely, E. & Szabó, Cs. (2012) Effects of supercritical carbon dioxide on rocks having carbon dioxide storage potential. Hungarian Journal of Industrial Chemistry, 39, Berta, M., Király, Cs., Lévai, Gy., Falus, Gy., Székely, E., Szabó, Cs., Sciarpetti, G., Zilahi-Sebess, L. (2012): Szén-dioxid felszín alatti elhelyezése és az azt meghatározó geokémiai folyamatok előzetes vizsgálata pannon üledékes formációkon. Magyar Geofizika, 53. évf. (2012) 4. szám, Falus, Gy., Kózel-Székely, E., Gerardo, S., Király, Cs., Lévai, Gy., Berta, M. & Szabó, Cs. (2011) The opportunities of CO2 storage in Hungary. Bányász-Kohász Konferencia, március 31 április 3., Gyergyószentmiklós. (ISSN ), Berta, M., Király, Cs., Falus, Gy., Juhász, Gy. & Szabó, Cs. (2011) Preliminary physical and geochemical study on a sedimentary rock series of the Pannonian Basin for CCS (Hungary). Energy Procedia, 4, Berta, M. & Király, Cs. (2010) A CO2 felszín alatti elhelyezési lehetőségei. TétékásNyúz XLI/3, Király, Cs., Berta, M. & Falus, Gy. (2011) A szén-dioxid felszín alatti elhelyezése: CCS új eszköz a klímaváltozás elleni küzdelemben. Természet Világa, Január, Lévai, Gy., Király, Cs. & Berta M. (2012) CCS research in Hungary - a student perspective. European Geologist - Journal of the European Federation of Geologist, 33, 29.