Wat gebeurt er met CO2 op drie kilometer diepte?
Het afvangen en opslaan van koolstofdioxide is een van de mogelijkheden om de hoeveelheid broeikasgas in de atmosfeer te reduceren. Hoewel er plekken op aarde zijn waar dit al lange tijd gebeurt, ontbreekt het aan kennis over het gedrag van het opgeslagen gas, als ‘superkritische vloeistof’ op diepten van twee tot drie kilometer. Hoe mengt het met andere vloeistoffen, wat is de invloed van de bodemstructuur? Onderzoeker Marco de Paoli is begonnen met een onderzoeksproject aan de Universiteit Twente en de Technische Universität Wien. Een zogenaamde ‘Erwin Schrödinger beurs’ van het Oostenrijkse wetenschapsfonds maakt dit mogelijk.
CCS (Carbon Capture and Storage) wordt gezien als een van de mogelijkheden om CO2 uit de atmosfeer te halen. Het nieuwste IPCC-rapport beschrijft de noodzaak om deze technologie in te zetten in de ‘mix’ van maatregelen om de klimaatdoelen te halen. Dat neemt niet weg dat CCS ter discussie staat: critici beschouwen het als een manier om de aandacht af te leiden van échte reductie van CO2. Tegelijk staat CCS-technologie niet stil: dit blijkt onder meer uit de nieuwe ORCA-installatie op IJsland. Het IPCC beschrijft ook dat er nog hiaten zitten in de huidige kennis. Is de opslag veilig voor honderden jaren? Wat gebeurt er eigenlijk precies op die grote diepten? Wat is de invloed van de bodemstructuur? Marco de Paoli werkte hier in Wenen al langer aan, met simulaties op grote supercomputers. Experimenten uitvoeren op twee kilometer diepte is niet haalbaar, daarom is De Paoli nu in Twente om een experimentele opstelling te bouwen in het lab. De resultaten hiervan wil hij vergelijken met zijn eerdere simulaties.
Op twee tot drie kilometer diep is CO2, door de hoge temperatuur en druk, een ‘superkritische vloeistof’, eigenlijk tussen een gas en een vloeistof in. Het zinkt in het aanwezige zoute water als een soort ‘tranen’. Dit is een complex mengproces, dat wordt beïnvloed wordt door de bodemkorrels: de vloeistof daalt niet alleen verticaal, maar verspreidt zich ook in horizontale richting. De Paoli wil dit nabootsen met een waterreservoir waaraan van bovenaf kaliumpermanganaat wordt toegevoegd. De manier waarop deze stof in het water zakt en mengt, lijkt op het proces met superkritisch CO2. Met een camera gaat hij het mengproces volgen om meer kennis te verwerven, naast de uitkomsten van de simulaties. Hij verwacht dat dit bijdraagt aan het optimaliseren, veiliger en betrouwbaarder maken van CCS-technologie.
<Bijschrift>Bij de illustratie bovenaan dit bericht: Als CO2 mengt met brine (zout water), vormen zich cellen waarin stroming plaatsvindt. De blauw-naar-rood overgang is een indicatie voor de CO2-concentratie. Het verschil in dichtheid tussen CO2 (blauw) en ‘brine’ die in sommige doorlaatbare gesteenten aanwezig is, zorgt voor de stroming, De oplossing van de twee laat dan een verschijnsel zien dat Rayleigh-Darcey convectie heet.