Повышенная уверенность в хранении CO2

Сделанная на заказ буровая установка опускается за борт RRS James Cook. Буровая установка предназначена для проталкивания изогнутой стальной трубы в донные отложения. Изображение: Copyright STEMM-CCS Project

Резервуары для подачи CO2 должны были быть специально спроектированы, чтобы противостоять суровым условиям окружающей среды Северного моря. Изображение: Copyright STEMM-CCS Project

Микропрофильтр измеряет химический состав осадка с разрешением микрометра, медленно вставляя электроды в осадок в течение одного часа. Этот инструмент позволяет нам наблюдать даже небольшие изменения, которые происходят в отложениях по мере растворения углекислого газа в отложениях. Изображение: Copyright STEMM-CCS Project

Кельвин Бут - научный коммуникатор, работающий в морской лаборатории Плимута, в настоящее время занимается передачей знаний для финансируемого ЕС проекта STEMM-CCS.

Previous Next

Если мы собираемся хранить большие объемы углекислого газа (CO2) в истощенных нефтяных и газовых резервуарах под морским дном, мы должны быть уверены, что в маловероятном случае утечки мы сможем ее обнаружить. Исследовательская экспедиция, проводившая первый в мире эксперимент по разработке методов обнаружения и мониторинга утечек, только что вернулась из Северного моря; это было объявлено большим успехом.

Изменение климата, вызванное повышением уровня CO2 в атмосфере, в настоящее время является общепризнанным побочным эффектом деятельности человека, который оказывает глубокое воздействие на природные системы Земли. Несмотря на то, что предпринимаются усилия по сокращению будущих источников выбросов CO2, связанных с человеком, таких как промышленность и транспорт, существует параллельная необходимость не допускать попадания газа в атмосферу. Улавливание и хранение диоксида углерода (УХУ), при котором СО2 содержится в источнике, транспортируется и в конечном итоге хранится вне атмосферы, является одной из таких стратегий. Возврат CO2 от того, откуда он появился, глубоко под морским дном в истощенных газовых или нефтяных резервуарах, кажется логичным решением, но есть проблемы. Чтобы обеспечить уверенность в этом подходе, приоритет заключается в том, чтобы иметь возможность быстро справиться с любой утечкой, если она произойдет: обнаружить ее, измерить ее прочность и продолжительность, предсказать любые возможные последствия для окружающей среды и при необходимости устранить ее.

Предыдущие лабораторные и мезокосмические исследования воздействия CO2 на морскую флору и фауну показали, что он может изменять pH морской воды и создавать локализованные условия «подкисления океана», которые, по-видимому, вредны для многих типов донной жизни (морского дна). Предыдущий эксперимент на мелководье, проект по количественной оценке и мониторингу потенциального воздействия на геологическое хранилище углерода (QICS) для экосистемы, предоставил некоторые сведения о степени, продолжительности и поведении шлейфа CO2 от моделируемой утечки, в то время как исследования на естественных участках утечки также предоставил важную информацию. Теперь более масштабный эксперимент заключается в тестировании методов, оборудования и датчиков в реальных условиях в суровых условиях Северного моря Великобритании.

Сбор проб газа по мере их выхода из-под осадка. Использование ROV во время этой деликатной операции демонстрирует, что даже небольшие утечки могут быть отобраны в суровых условиях. Изображение: Copyright STEMM-CCS Project

Проект «Стратегии экологического мониторинга морского улавливания и хранения углерода» (STEMM-CCS) - это финансируемый Европейским Союзом исследовательский проект Horizon2020. Он объединяет исследователей из Германии, Норвегии, Австрии и Великобритании вместе с отраслевым партнером Shell для разработки методов и технологий обнаружения следов утечки CO2, если они происходят в морской среде, для наблюдения за поведением газа в отложениях и толще воды выше, и предскажите, как далеко могут распространиться утечки и какое влияние они могут оказать - но на этот раз в максимально приближенных к «реальным» условиях. В мае этого года исследовательская экспедиция отправилась из Национального океанографического центра Великобритании в Саутгемптоне на борту RRS James Cook. Эксперимент начался на станции, рядом с платформой Shell Goldeneye, примерно в 100 км от побережья Шотландии, и на глубине 120 м над водой. В морское дно с помощью робота была вставлена труба - впервые такой эксперимент был предпринят на глубине в открытом море. Изогнутая стальная труба диаметром 1,5 см была успешно размещена в осадке, чтобы обеспечить ее выход на три метра ниже поверхности морского дна. Звучит просто, но для достижения этой цели Cellula Robotics в Канаде разработала и построила специальную буровую установку для проталкивания трубы в осадок. Затем труба была подключена дистанционно управляемым транспортным средством (ROV) к источнику CO2 на морском дне, позволяя газу течь по трубе в донные отложения. Опять же, это звучит просто, но специально сконструированные газовые баллоны, размещенные во второй установке, должны были быть построены, чтобы противостоять жесткой морской среде Северного моря.

К счастью, во время этой операции условия оставались спокойными, и научная команда на борту вздохнула с облегчением, когда из-под осадка начали выходить пузырьки CO2. Идея заключалась в том, чтобы проверить, насколько хорошо может работать массив датчиков, разработанный и созданный для эксперимента.
Акустические и оптические инструменты были развернуты для обнаружения звука, создаваемого потоками пузырьков, или обнаружения их с помощью камер, в то время как химические датчики «улавливали» CO2 и незначительные количества инертных химических индикаторов, которые в нем содержались, что позволило ученым отличить этот сигнал от любой природный СО2. ROV и автономные подводные аппараты (AUV) с другими датчиками дополнили арсенал используемых технологий. Команда на борту была чрезвычайно довольна и удовлетворена тем, что тестируемые ими датчики и инструменты мониторинга работали намного лучше, чем ожидалось. Это привело к некоторой уверенности в том, что даже очень небольшие выбросы CO2 в морскую систему могут быть обнаружены как в растворенной фазе, так и в виде пузырьков. Эти результаты наглядно продемонстрировали полезность сочетания ряда методов зондирования и мониторинга для обнаружения утечек из резервуаров CCS.

Второе исследовательское судно, RV Poseidon, управляемое командой и научной группой из Центра исследований океана Гельмгольца GEOMAR в Киле, Германия, находилось в пределах видимости платформы Goldeneye и RRS James Cook. Партнеры проекта STEMM-CCS, команда GEOMAR были вовлечены в более отдаленный мониторинг и базовые исследования морского дна, связанные с экспериментом, объединяя опыт и возможности европейских стран.

Стена гидрофона на морском дне, прислушивается к звукам, которые делают пузыри, когда они выходят из морского дна и движутся через толщу воды. Изображение: Copyright STEMM-CCS Project

Профессор Дуглас Коннелли, ученый НОК, руководивший проектом, в восторге от результата: «Три года напряженной работы и инновационного мышления привели нас к этому захватывающему моменту в проекте STEMM-CCS. Этот эксперимент был настолько близок к реальной утечке, насколько мы могли его смоделировать, и впервые в мире предпринята попытка. Северное море может быть суровой окружающей средой, и получение трубы в морское дно, связанной с подачей CO2 и производством потока газа, всегда будет проблемой. Этот реалистичный сценарий был критически важен для нас, чтобы должным образом протестировать датчики, которые были разработаны, чтобы обеспечить спокойствие в будущем, чтобы в случае возникновения утечки мы могли быстро и точно обнаружить ее.

Круиз STEMM-CCS был невероятно успешным с технической точки зрения. Поместить 3 тонны CO2 на морское дно и выпустить его контролируемым образом на 3 м ниже морского дна, чтобы продемонстрировать высокую чувствительность, которую морские датчики нового поколения имеют при обнаружении растворенного и барботирующего газа, не было большим подвигом. Успех эксперимента и эксплуатационные характеристики датчиков дают нам уверенность в том, что в реальной ситуации у нас есть возможность обнаруживать и контролировать выброс CO2 из мест хранения под морским дном ».

Хотя конечная цель эксперимента и проекта STEMM-CCS в целом заключается в разработке датчиков и методов обнаружения и мониторинга утечки газа в реальной ситуации, в ней также есть образовательный аспект. В прямом эфире с круиза исследователь аспирантуры Бен Роше (NOC) поделился волнением научно-исследовательского круиза, его задачами и успехами с более чем 200 школьниками из Саутгемптона, Англии и Уэльса через прямые ссылки с корабля: «Это было очень полезно общение со студентами во время проведения научных исследований, и мне очень приятно видеть, как они используют и анализируют реальные данные эксперимента в своих исследованиях по учебным программам ». Дальнейшая аутрич-работа запланирована на оставшуюся часть остальных год и полную информацию о круизе и проекте в целом можно найти на www.stemm-ccs.eu

об авторе

Кельвин Бут - научный коммуникатор, работающий с проектом.