Глобальное потепление — одна из важнейших проблем современного мира. Большой объем выброса парниковых газов, более 70% которых приходится на углекислый газ, приводит к резкому изменению климата и увеличению средней температуры, что пагубно сказывается на экосистеме планеты. Снизить выбросы в атмосферу можно, если улавливать и хранить углекислый газ для последующей переработки. Например, можно утилизировать его в горные породы с подземными водами. Ученые Пермского Политеха разработали проект захоронения углекислого газа в одном из водоносных объектов, рассчитали необходимые объемы и параметры хранилища, а также экономическую выгоду такого предприятия.

Статья опубликована в журнале «Записки Горного института», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Существует два направления по борьбе с глобальным потеплением — сведение к минимуму количества источников выбросов или развитие технологий улавливания парниковых газов. Первый вариант сложен в реализации, поскольку крупным предприятиям тяжело переходить на возобновляемые источники энергии. Поэтому развиваются технологии улавливания и хранения углекислого газа.

Наибольшей способностью к долгосрочному хранению обладают водоносные горизонты, расположенные под слоями горных пород. При этом объекту необходимо соответствовать ряду требований. Грунты должны обладать пористостью и проницаемостью для газа; в то же время сам резервуар хранения, наоборот, должен быть покрыт непроницаемыми породами, которые не вступают в реакции с углекислым газом в присутствии воды (песчаник, аргиллит, алевролит). Хранилище нужно располагать на глубине более 1 км — это та отметка, при которой давление падает настолько, что углекислый газ переходит в особое состояние — сверхкритическое, когда пропадает различие между жидкой и газовой фазой.

Ученые Пермского Политеха разработали технологию хранения углекислого газа на подходящем объекте, рассчитав вместимые объемы и финансовые затраты. Объектом стал в настоящее время не разрабатываемый водоносный комплекс нефтяных месторождений.

— Мы провели серию лабораторных экспериментов для изучения физико-химических свойств образца воды с объекта и углекислого газа при изменяющихся условиях. Для этого газовую смесь и 4,6 мл воды закачали в специальную установку, которая предназначена для изучения поведения углеводородов при различных условиях. Эксперименты показали, что углекислый газ плохо растворяется в пластовой воде, поэтому при его закачке необходимо учитывать, что весь объем газа будет находиться в свободном состоянии в пластовых условиях, — поясняет Антон Козлов, руководитель проекта АНО «Пермский НОЦ».

— Мы также рассчитали предполагаемые масштабы хранения газа на промышленном объекте. С вероятностью 90% объем коллектора составит не менее 103177 тысяч м3. При улавливании 400 тысяч тонн углекислого газа в год закачка может продолжаться на протяжении 202 лет и составит 80,95 миллионов тонн, — рассказывает Павел Илюшин, доцент кафедры нефтегазовых технологий ПНИПУ, кандидат технических наук.

Ученые Пермского Политеха разработали проект захоронения углекислого газа. Экологический эффект от использования водоносных горизонтов позволит снизить выброс парниковых газов в атмосферу и сдержать развитие глобального потепления. Разработанная экономическая модель содержит все расходы по капитальным вложениям и операционным затратам. Срок окупаемости проекта при этом составит 15 лет.