Captura e armazenamento de carbono seguro e eficaz por supercomputação

0
308


Esquerda: Armazenamento de CO2 subterrâneo. Direita: padrão de migração de CO2 em uma amostra de rocha digitalizada obtida a partir de simulação de fluxo bifásico em escala de poros. A simulação foi realizada no supercomputador Frontera. Crédito: Sahar Bakhshian, Universidade do Texas em Austin

Pesquisador da Universidade do Texas identifica fatores para captura e armazenamento de carbono seguro e eficaz.

O caminho para um clima estabilizado é desafiador e contencioso. Serão necessárias várias soluções para permitir uma transição rápida e equitativa dos combustíveis fósseis: entre elas o desenvolvimento de fontes de energia sustentáveis, materiais mais verdes e métodos para remover o CO₂ da atmosfera.

Um dos métodos de remoção que os cientistas estão explorando é conhecido como captura e armazenamento de carbono (CCS). Na captura e armazenamento de carbono, o CO₂ é capturado de fontes industriais e injetado em reservatórios geológicos profundos no subsolo, teoricamente por milhares de anos, da mesma forma que a água é armazenada em aquíferos.

Sahar Bakhshian, pesquisador da Universidade do Texas no Bureau of Economic Geology de Austin, recentemente usou supercomputadores do Texas Advanced Computing Center (TACC) para entender fundamentalmente como o armazenamento de CO₂ funciona no nível dos poros micrométricos da rocha e para determinar as características e fatores que podem ajudar a otimizar a quantidade de CO₂ que pode ser armazenada.


O CO2 flui dentro do espaço poroso de uma amostra de rocha de tamanho milimétrico, que é inicialmente preenchida com salmoura. Esta simulação de dinâmica de fluidos de alta resolução demonstra o caminho de migração do CO2 quando injetado em reservatórios salinos. Crédito: Sahar Bakhshian, Universidade do Texas em Austin

Escrevendo no Jornal Internacional de Controle de Gases de Efeito Estufa em dezembro de 2021, ela explorou a eficiência de captura de CO₂ por meio da dissolução do gás na salmoura residente em aquíferos salinos.

“Tentamos diferentes cenários – usando diferentes taxas de injeção e propriedades de rocha fluida – para determinar como as propriedades afetam a porcentagem de CO₂ injetado que pode ser capturado pelo mecanismo de dissolução”, explicou ela.

Ela descobriu que dois fatores impactaram grandemente a quantidade de CO₂ que poderia ser armazenada nos espaços dentro das rochas: molhabilidade (ou quão bem as moléculas de CO₂ aderem à superfície da rocha); e taxa de injeção (a velocidade na qual o CO₂ supercrítico é empurrado para o reservatório).

Locais de armazenamento geológico de CO2 de aprendizado profundo

Uma estrutura de aprendizado profundo guiada por física proposta para detecção de anomalias em dados de gás do solo em locais de armazenamento geológico de CO2. Crédito: Bakhshian, S., & Romanak, K. (2021). Ciência e Tecnologia Ambiental, 55(22), 15531-15541

Outro processo eficaz que garante a segurança do armazenamento de CO₂ é o aprisionamento capilar, que ocorre quando o CO₂ se desprende e fica imobilizado no espaço poroso por forças capilares. Em um estudo publicado em Avanços em Recursos Hídricos em abril de 2019, Bakhshian apresentou os resultados de simulações de fluxo bifásico em escala de poros que usaram versões digitais de rochas reais de um local de teste de armazenamento de CO₂ em Cranfield, Mississippi para explorar como o CO₂ migrou através da estrutura de poros da rocha durante o estágio de injeção e como ele pode ficar preso como gotas imobilizadas no espaço poroso durante a pós-injeção.

O trabalho de Bakhshian é feito sob os auspícios do Centro de Carbono da Costa do Golfo (GCCC)que vem trabalhando na compreensão do potencial, riscos e melhores métodos para armazenamento geológico de carbono desde 1998.

Os supercomputadores são uma das principais ferramentas que os geocientistas têm à sua disposição para estudar processos relevantes para captura e armazenamento de carbono, segundo Bakhshian. “Técnicas de dinâmica de fluidos computacional são essenciais para este campo, para melhor selecionar reservatórios alvo adequados para armazenamento de CO₂ e prever o comportamento das plumas de CO₂ nesses reservatórios”, disse ela.

Sahar Bahkshian

Sahar Bahkshian, pesquisador associado do Bureau of Economic Geology, Jackson School of Geosciences, Crédito: The University of Texas at Austin

Compreender a dinâmica da capacidade de armazenamento no nível do poro por meio de simulações de computação de alto desempenho fornece uma lente sobre como a captura e o armazenamento de carbono podem ser alcançados em grande escala.

“Nossa pesquisa está basicamente tentando caracterizar as configurações geológicas adequadas para armazenamento e explorar a maneira como injetamos CO₂ para garantir que seja seguro, eficaz e não represente ameaça às pessoas ou aos recursos hídricos subterrâneos”, disse Bakhshian.

Outro aspecto da pesquisa de Bakhshian envolve o uso de técnicas de aprendizado de máquina para desenvolver modelos computacionalmente rápidos que possam estimar a capacidade de armazenamento de reservatórios e auxiliar no monitoramento ambiental de CO₂.

Escrevendo em Ciência e Tecnologia Ambiental em outubro de 2021, Bakhshian propôs uma estrutura de aprendizado profundo para detectar anomalias nos dados do sensor de concentração de gás no solo. O modelo foi treinado em dados adquiridos de sensores usados ​​para caracterização ambiental em um possível local de armazenamento de CO₂ em Queensland, Austrália.

O método de Bakhshian, que incorpora processos baseados na respiração natural do solo em uma estrutura de aprendizado profundo, foi capaz de detectar anomalias nos dados do sensor que, em aplicações futuras, poderiam representar erros ou vazamentos do sensor.

“Ter uma estrutura confiável de detecção de anomalias em tempo real, treinada usando os dados do sensor de streaming e guiada por uma metodologia baseada em processos, pode ajudar a facilitar o monitoramento ambiental em projetos futuros”, disse Bakhshian.

De acordo com o Global CCS Institute, os EUA são uma das nações com maior potencial de armazenamento geológico de CO₂. Embora alguns ambientalistas argumentem que a CCS é simplesmente uma maneira de as empresas de energia continuarem a extrair combustíveis fósseis, outros, incluindo o Painel Internacional sobre Mudanças Climáticasincluem a CCS como uma das maneiras pelas quais a comunidade global pode atingir emissões líquidas zero até meados do século.

“É seguro e eficaz”, disse Bakhshian. “E a computação nos ajudará a encontrar maneiras econômicas de atingir esse objetivo.”

Referência: “Dinâmica de captura de dissolução no armazenamento geológico de carbono” por SaharBakhshian, 16 de novembro de 2021, Jornal Internacional de Controle de Gases de Efeito Estufa.
DOI: 10.1016/j.ijggc.2021.103520





Fonte original deste artigo

DEIXE UMA RESPOSTA

Please enter your comment!
Please enter your name here