A JÁSZSÁGI MEDENCE TANULMÁNYOZÁSA SZÉN-DIOXID FELSZÍN ALATTI ELHELYEZÉSÉNEK CÉLJÁRA Berta Márton Litoszféra Fluidum Kutató Labor, Kőzettani és Geokémiai Tanszék, Eötvös Loránd Tudományegyetem Témavezetők: Dr. Falus György (ELGI) főosztályvezető, Eötvös Loránd Geofizikai Intézet Szabó Csaba, PhD (LRG ) egyetemi tanár, Eötvös Loránd Tudományegyetem ELTE TTK Környezettudományi Centrum Budapest, 2012. június 8.
Bevezető Cél: Jövőbeni CO 2 tárolók kőzeteinek közvetlen tanulmányozása valós p-t környezetben Földtani háttér Kísérletek Budapest Eredmények Jászságimedence
A tanulmányozott üledékes rendszer Alsó pannon: 7,2 M 5,3 M év Felső pannon: 5,3 M 1,8 M év A Pannon-medence fejlődéstörténete: Folyami üledékek: - agyagos delta síkság és delta lejtő (finomszemcsés üledék) Delta síkság Delta front - homokos delta front és mélyzóna (durvaszemcsés turbidit) Delta lejtő fácies = Algyői Aleurolit Formáció Mélymedence fácies = Szolnoki Homokkő Formáció Juhász, 1992
A tanulmányozott formációk aleurolit Kummer, 2003 alapján homokkő Bányászati és Földtani Hivatal, MOL NyRT, és dr. Juhász Györgyi szóbeli közlése alapján.
A Szolnoki Homokkő minták vizsgálata Fúrómag Vékonycsiszolat Mintatest Polarizációs mikroszkóp SEM Porozitásbecslés Sósvizes telítés Ásványos alkotók Összetétel Morfológia Nagy pt, scco 2 berendezés csillám 5% földpát 7% karbonát 9% pórusok 11% kalcit 28% kvarc 40% Kőzetek SEM Oldat ICP MS
Kísérletek bombával Potenciális tárolókőzetek Ásványi alkotók Valós, nagy p-t környezet (80-250 bar; 55-85 C) Valós oldat-összetétel (5 m/m% NaCl) termosztát nyomásmérő bomba Szuperkritikus CO 2 Különböző futásidők A bomba a BME Környezet- és Folyamatmérnöki Tanszékén
SEM eredmények ( bomba ) Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) másodlagos elektron (SE) képek: Kőzetminta kvarc kalcit földpát földpát kalcit kvarc A kísérlet előtt (éles szemcsehatárok) A kísérlet után (nehezen meghatározható szemcsehatárok, erős oldódás)
SEM eredmények (kalcit 1) Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) másodlagos elektron (SE) képek: A kísérlet előtt (sík szemcsefelszín) A kísérlet után (az oldódási formák követik a kristálytani síkokat)
SEM eredmények (kalcit 2) Folyadék felett Folyadékban Oldódás és kicsapódás
A Kiindulási oldat -ra vonatkoztatott relatív koncentráció 18,0 16,0 14,0 Az oldat kémiai összetétele (homokkő mellől származó oldatok) Kiindulási oldat Kísérlet előtti oldat A kísérlet utáni oldat B kísérlet utáni oldat 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Na Mg K Ca Sr Elemek
Kísérletek reaktorral Különálló kalcit minták 1-2 mm-es szemcseméret Nagy p-t környezet (80-250 bar; 55-85 C) 5 m/m% NaCl sóoldat Mintavétel a kísérlet közben (azonos p-t) nyomásmérő keverő A reaktor a BME Környezet- és Folyamatmérnöki Tanszékén
SEM eredmények ( reaktor ) Tű alakú kristályok (oldódás és kristályosodás) Oldattal nem borított terület Időlegesen oldattal borított terület Oldattal borított terület
Ca koncentráció (ppm) Az oldat Ca-koncentrációja a kalcit reaktorban történő kezelése alatt 1200 (telítődés) 1000 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 250 Idő (óra)
Összevetés Kalcit hasonló oldódása homokköves rendszerben Weiber és munkatársai (2011) Az időbeli változás hasonló Kaszuba és munkatársai (2005) Beier és munkatársai (2011) Dethlefsen és munkatársai (2012)
Összegzés A Szolnoki Formáció potenciálisan alkalmas CO 2 elhelyezésre Összetett kőzet oldat kölcsönhatások Leírhatóbb ásvány oldat kölcsönhatások További kísérletek szükségesek (beleértve a fedőkőzetet is)
Köszönöm a figyelmet! Köszönöm a fáradozását mindazoknak, akik munkámban segítettek, mindenekelőtt Szabó Csabának (PhD) a folyamatos és esetenként éjszakákba nyúló. konzultációkért; dr. Falus Györgynek a körültekintő és pontos javaslataiért, Király Csillának a téma évek óta tartó közös kutatásáért, tevékenységért dr. Juhász Györgyinek türelmes és segítőkész útmutatásaiért. Köszönet illeti dr. Székely Editet a dolgozathoz nyújtott építő tanácsaiért és a kísérletek vezetéséért, Lévai Györgyöt a nagynyomású kísérletekben nyújtott segítségért, Bendő Zsoltot a SEM méréseknél nyújtott meghatározó közreműködéséért, valamint Szabó Ábelt a csiszolatkészítésben nyújtott nélkülözhetetlen segítségéért, dr. Hartai Évát a lényeglátó bírálatért és Óvári Mihályt a pontos és nagy mennyiségű ICP-MS mérési adatért. Kiemelt köszönet jár továbbá az LRG tagjainak bátorító szavaiért és gyors segítségeiért, valamint a kutatómunkához elengedhetetlen szakmai és szellemi légkör biztosításáért! Köszönöm családomnak és barátnőmnek a dolgozat készítése során (is) felém tanúsított megértést és bíztatást.
Bírálatra adott válaszok Véleménye szerint mi lehet az oka annak, hogy a saját kísérletek során az oldódási folyamatok időbeli változása ellentmond a Kjøller et al. által tapasztaltaknak? Más az időskála, a görbe kezdeti szakasza hasonló. Hogyan lehet eldönteni, hogy a kezelés után az oldatban jelentkező nyomelemek forrása a kísérleti berendezés, vagy a minta? További vizsgálatok (izotópösszetétel, más anyagú berendezések), és a meglévő adatok elemzése (EDS-en nem szerepeltek)
ICP-MS Kőzetfluidum
Várt folyamatok CaAl 2 Si 2 O 8 +CO 2 +2H 2 O = CaCO 3 +Al 2 Si 2 O 5 (OH) anortit kalcit + kaolinit KAlSi 3 O 8 +2H 2 O+CO 2 = Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 +K 2 CO 3 +4 SiO 2 káliföldpát kaolinit kálium-karbonát Seifritz ( 1990) és Lackner et al. (1995)
Kísérletek összesítése A minta kódja A minta anyaga Hőmérséklet ( C) Nyomás a kísérlet kezdetén (bar) Nyomás a kísérlet végén (bar) A kísérlet időtartama (óra) GEO1 homokkő 55 175 138 1 013 GEO2 homokkő 55 205 140 177 GEO4 homokkő 60 72 78 636 GEO4 A homokkő 60 190 20 188 GEO4 B homokkő 60 141 40 188 Geo6 homokkő 60 110 100 180 Geo7 kalcit 89 190 130 354 Geo8 kalcit 89 80 62 166 Geo9 földpát 89 110 140 464
(Pacala és Socolow, 2004).