Oglekļa dioksīda uzglabāšana zemes dzīlēs

Oglekļa dioksīda (CO2) uztveršana un uzglabāšana zemes dzīlēs (angl. сarbon capture and storage, CCS) ir process, kas iekļauj sevī CO2 atdalīšanu no rūpnieciskiem un enerģētiskiem avotiem, transportēšanu uz uzglabāšanas vietu un ilglaicīgu izolāciju no atmosfēras. Tā, kā oglekļa dioksīda atdalīšanas rezultātā no atmosfēras tiek tā sastāvā esošais ogleklis, tad šādu darbības veidu sauc arī par ģeoloģisko oglekļa sekvestrāciju. CCS galvenais mērķis ir cīņa ar globālo sasilšanu, kā arī apkārtējās vides piesārņošanu. Pašlaik CO2 koncentrācija sastāda 379 promiles un turpina intensīvi palielināties. Pēdējo reizi šāda koncentrācija bija pirms 600 000 gadiem, iespējams, stipras vulkāniskās darbības rezultātā.

Uzglabāšana 
Oglekļa dioksīda uzglabāšana zemes dzīlēs ir būtiska sastāvdaļa oglekļa uztveršanas un uzglabāšanas (CCS) tehnoloģiju ieviešanā.

Divas galvenās iespējas, kuras ir vispiemērotākās plašai CO2 uzglabāšanai, ir:

 Izstrādātas dabas gāzes un naftas atradnes, kas ir labi izpētītas, pateicoties to ekspluatācijai, veicot ogļūdeņražu ieguvi.
 Dziļi ieguļoši sālsūdens pazemes ūdens horizonti ar cilvēka patēriņam nepiemērotiem ūdeņiem, kas ir pat vēl sāļāki par jūras ūdeni.

Citas iespējas, piemēram, ogļu slāņi un bazalta ieži, kas vēl aizvien tiek pētīti, var nodrošināt papildus CO2 uzglabāšanas vietas nākotnē.
Pēc iesūknēšanas caur urbumiem dziļi ieguļošos rezervuāra iežos, CO2 piepilda poras starp nogulumus veidojošiem graudiem, kā arī plaisas, tādējādi aizstājot un izspiežot šajos nogulumos jau esošos fluīdus: dabas gāzi, ūdeni un naftu. Nogulumi, kuriem ir liela porainība un caurlaidība, ir piemēroti CO2 uzglabāšanai zemes dzīlēs. Šādu iežu slāņkopas ir izveidojušās nogulu uzkrāšanās rezultātā tālajā ģeoloģiskajā pagātnē, un parasti tās ir izplatītas tā saucamajos „sedimentācijas baseinos”. Šajos baseinos smalkgraudainie necaurlaidīgie nogulumi veido blīvus sprostslāņus (barjeras) starp caurlaidīgiem un ietilpīgiem iežiem. Sedimentācijas baseinos bieži ir izplatīti ieži, kuri satur naftu, dabas gāzi un pat tīras CO2 iegulas. Tas liecina, ka šādi rezervuāri ir spējīgi saglabāt fluīdus ilgstoši, miljoniem gadu.
Zemes dzīles veido dažāda sastāva un mainīga saguluma ar lokāliem lūzumiem sadrumstaloti nogulumi, rezervuāri un sprostslāņi, veidojot sarežģītas neviendabīgas uzbūves pazemes struktūras. Ir nepieciešami padziļināti uzglabāšanas vietu pētījumi, lai novērtētu izvēlēto pazemes struktūru piemērotību ilgstošai CO2 uzglabāšanai. 
Iespējamiem CO2 uzglabāšanas rezervuāriem ir jāatbilst daudziem kritērijiem, galvenie no tiem ir:

 pietiekama iežu porainība, caurlaidība un ietilpība;
 necaurlaidīgu pārklājiežu klātbūtne, tā saucamais sprostslānis (piem., māls, merģelis, akmeņsāls), kas novērš CO2 pārvietošanos augšup;
 „slazdu” esamība - kupolveida ar sprostslāni noslēgtas struktūras, kas nodrošina CO2 pārvietošanos tikai tās slāņkopas ietvaros, kurā tā uzglabāsies;
 CO2 uzglabāšanas zemes dzīlēs struktūrām jāatrodas dziļāk par 800 m, kur temperatūra un spiediens ir pietiekams, lai CO2 uzglabātu saspiestā stāvoklī, tādējādi palielinot uzglabājamo daudzumu;
 dzeramā ūdens neesamība CO2 uzglabāšanas rezervuāros.

CO2 uzglabāšanas piemēri

CO2 uzglabāšanai zemes dzīlēs kritērijiem atbilstošs piemērs ir Dienvidpermas baseins, kas izplatīts teritorijā no Anglijas līdz Polijai. Te smilšainie nogulumi uzkrājušies vairākkārt dažādos nogulumiežu veidošanās procesos tālajā ģeoloģiskajā pagātnē. Tā rezultātā izveidojās noteikta apjoma poru telpa, kuru piepildīja mineralizēts (sāļš) pazemes ūdens, nafta vai dabas gāze. Starp porainiem nogulumiem iegulošie māla slāņi, sablīvējās līdz slāņkopām ar zemu caurlaidību, kas novērš fluīdu pārvietošanos augšup. Lielākā daļa smilšakmeņu slāņkopu atrodas dziļumā no 1 līdz 4 km, kur spiediens ir pietiekami liels CO2 uzglabāšanai saspiestā stāvoklī. Šādā dziļumā sāļu saturs pazemes ūdeņos ir no aptuveni 100 g/l līdz 400 g/l, proti, tie ir daudz sāļāki nekā ūdens jūrās. 
Zemes garozas kustības sedimentācijas baseinā izraisīja akmeņsāls plastiskas deformācijas, veidojot simtiem kupolveida noslēgtu struktūru - dabas gāzes uzkrāšanās “slazdus”. Šīs struktūras tiek pētītas kā iespējamās CO2 uzglabāšanas zemes dzīlēs vietas un pārbaudītas izmēģinājumprojektos.

CO2 uzglabāšanas ietilpība

Ietilpības novērtējums parasti ir ļoti aptuvens un balstās uz CO2 uzglabāšanai iespējami piemērotu nogulumu izplatību. Ietilpība var būt novērtēta dažādos mērogos, no valsts mēroga aptuveniem aprēķiniem plašās teritorijās līdz sedimentācijas baseina un rezervuāra mērogam un ievērojami precīzākiem aprēķiniem, kurus veicot, tiek ievērota ģeoloģiskās uzbūves sarežģītība un daudzveidība.

Izšķir šādus ietilpības veidus:
Volumetriskā ietilpība: Prognozētais rezervuāra iežu poru apjoms, kas noteikts, balstoties uz potenciāli uzglabāšanai piemērotu nogulumu izplatību, biezumu un īpašībām.
Reālā ietilpība: Ietilpības reālistiskāks novērtējums (vairāk tuvināts faktiskajam dabā) notiek atsevišķu CO2 uzglabāšanas vietu detalizētas izpētes rezultātā, iegūstot papildus informāciju par rezervuāra un sprostslāņa nogulumu īpašībām, kas sniedz precīzāku informāciju par iesūknēšanas apjomiem, nogulumos esošiem fluīdiem un iesūknēšanas tehnoloģiskiem risinājumiem. Balstoties uz detalizētākas izpētes laikā iegūto informāciju, tiek veikta datormodelēšana, lai novērtētu (prognozētu) CO2 iesūknēšanu un pārvietošanos konkrētā iežu slāņkopā.
Praktiskā ietilpība: Visbeidzot, sociāli ekonomiskie faktori nosaka to vai ģeoloģiski piemērota vieta tiks izmantota CO2 uzglabāšanai. Šie faktori ir: CO2 izmešu avotu esamība, uzglabāšanas izmaksas, politiskā nostāja, tiesiskais regulējums un sabiedrības piekrišana. Šo faktoru ietekme uz ietilpību ir grūti prognozējama.

Noslēgumā jāatzīmē, ka Eiropā ir liela CO2 uzglabāšanas zemes dzīlēs volumetriskā ietilpība, bet tikpat liela ir arī nenoteiktība, it īpaši dziļi ieguļošu sālsūdens pazemes ūdens horizontu izmantošanas gadījumā. Pazemes ūdens horizonti sniegtu iespēju lielām rūpniecības iekārtām iesūknēt CO 2  vairāku desmitu gadu garumā. Informācijas precizēšana un tālāka CO2 uzglabāšanas vietu ietilpības izpēte Eiropā – tas ir pašreizējo pētījumu mērķis atsevišķi katrā ES dalībvalstī un, realizējot ES CO2STOP projektu, Eiropā kopumā.

Atsauces

Ārējās saites
 http://www.co2geonet.com
 http://www.cgseurope.net
 CO2 

Ogleklis