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 - CO2 kapcsolata CCS (CO2 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, CO2 kitermelhetőségének számítása, Az eredmények alkalmazása CO2 tárolás várható
hatásaira.
Kummer, 2003
A B Haas, 2011 Fülöp, 1960
Kutatás kezdete 1933 (első fúrás 1935) Ipari CO2 termelés: 1948-tól 1963-1989: víz- (158 db) és gázanalízis (128 db) Vizsgált komponensek: Víz: Na+/K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, NH4+, Cl-, SO42-, Br-, I-, HCO3-,
CO32-, BO2/HBO2/, SiO2/H2SiO3/, pH, lúgosság, keménység Gáz: CO2, CH4, N2, 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
CO2 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 (CO2 szegény) : 1100 m alatti (CO2 gazdag)
Piper, 1944
CO2-H2O fázisdiagram
Diamond, 2000
Diamond, 2000
Felhasznált adatok: Mihályi, Répcelak alsó-pannon II. telepei CO2 Nyomás Hőmérséklet CO2:H2O sűrűség bar °C v/v% kg/m3 151 73 60:40 491,71 147 75 70:30 459,61
CO2-H2O fázisdiagram
CO2 oldhatóság CO2:H2O pH mol/kg mól % 1,091 24:76 2,93 1,074 32:68 2,94
CO2 kitermelés által okozott változások: Nyomás Hőmérséklet CO2:H2O bar °C v/v% 74 73 60:40 74 75 70:30
CO2 sűrűség kg/m3 153,456 151,554
CO2 oldhatóság CO2:H2O pH mol/kg mól % 0,768 9,1:90,9 3,09 0,758 13,4:86,6 3,09
Egységnyi pórustérfogatból kitermelhető CO2 Kitermelhető CO2 mennyiség
H2O-ból felszabadult CO2
kg/m3 203 216
kg/m3 5,45 3,98
H2O-ból felszabaduló CO2 hozzájárulása a kitermeléshez % 2,6 1,8
Oldhatóságot figyelembe véve kitermelhető CO2 mennyiség kg/m3 208,3 233,28
Diamond, 2000
CO2 besajtolás hatására: A rezervoárban a nyomás nő A pórusvízben a CO2 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 CO2 tárolás kulcsfontosságú kérdései 30 fúrás: 158 víz- és 128 gázadat A mért értékeket több tényező is befolyásolja Mélység és CO2 hatása Mintavétel időpontja A két vizsgált terület közötti különbség (mintavétel
időpontja, CO2-tartalom, telepmélység) Mintavételi és minta-előkészítési problémák CO2 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 kvarc kalcit
földpát
Pannon-medence feltöltődése
Juhász, 1992
Kitermelés számolásának menete 1, A jelen lévő CO2 tömegének és a pórusvíz tömegének
meghatározása m=ρ*V
2, Ezt követően a CO2 és a H2O mólaránya meghatározása M=m*1000/mmol mol%=MCO2/Mösszes
3, A számolásokat a kritikus ponthoz (74 bar-hoz) tartozó adatokkal
is célszerű végezni. 4, A két eredmény arányából százalékosan kifejezhető a kitermelhető CO2 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 HCO3- - talajból beoldott CO2 miatt lehet jelentősebb a
felsőbb rétegekben Pannon-medence feltöltődése (alsóbb rétegek bepárlódása, felsőbb rétegek hígulása ÉNY-i irányból érkező folyók miatt HBO3- 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, 2829. 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.
