Készítette: Király Csilla Környezettudomány M.Sc. Témavezetők: Szabó Csaba (ELTE) Falus György (MFGI) ELTE TTK, Környezettudomány M.Sc. diplomamunka védés, Budapest, 2013. 06. 11.
Bevezetés Mihályi-Répcelak terület földtani felépítése Adatok forrása Vizsgálati módszerek Eredmények Összefoglalás
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.
Kummer, 2003 A B Haas, 2011 Fülöp, 1960
Kutatás kezdete 1933 (első fúrás 1935) Ipari CO 2 termelés: 1948-tól 1963-1989: 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
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
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
CO 2 -H 2 O fázisdiagram Diamond, 2000 Diamond, 2000
Felhasznált adatok: Mihályi, Répcelak alsó-pannon II. telepei Nyomás Hőmérséklet CO 2 :H 2 O bar C v/v% 151 73 60:40 147 75 70:30 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 % 74 73 60:40 153,456 0,768 9,1:90,9 3,09 74 75 70:30 151,554 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 3 203 5,45 2,6 208,3 216 3,98 1,8 233,28 Diamond, 2000
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
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
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.
Kalcit oldhatósága Coto et al, 2012
SEM kép kalcit kvarc földpát
Pannon-medence feltöltődése Juhász, 1992
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.
Vízkémia Víz típusokat befolyásolja: Mintavétel időpontja Áramlási sebesség HCO 3 - - 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 + 1100 m alatti erős korrelációja
Bodnár, 1995
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, 433-436. 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, 258-266. 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, 2011. március 31 április 3., Gyergyószentmiklós. (ISSN 1842-9440), 244-247. 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, 4719-4723. Berta, M. & Király, Cs. (2010) A CO2 felszín alatti elhelyezési lehetőségei. TétékásNyúz XLI/3, 12-13. Király, Cs., Berta, M. & Falus, Gy. (2011) A szén-dioxid felszín alatti elhelyezése: CCS új eszköz a klímaváltozás elleni küzdelemben. Természet Világa, Január, 28-29. 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.