ALTERAÇÕES GEOQUÍMICAS EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS IMPACTADAS POR VAZAMENTOS DE CO 2 PROVENIENTES DE SEQUESTRO GEOLÓGICO

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1 Universidade Federal de Santa Catarina Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental Núcleo Ressacada de Pesquisas em Meio Ambiente ALTERAÇÕES GEOQUÍMICAS EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS IMPACTADAS POR VAZAMENTOS DE CO 2 PROVENIENTES DE SEQUESTRO GEOLÓGICO Gabriel Cavelhão Helen Simone Chiaranda Lazzarin, Dra. Henry Xavier Corseuil, Dr. São Paulo/SP, Outubro de 2013.

2 Introdução Problemática do Aquecimento Global CFC 11 e CFC 12; Principais gases de efeito estufa: CO 2 (64%), CH 4 (18%), N 2 O (6%), ppm; Concentração média global de CO 2 na atmosfera em 2013: ~400 2

3 Introdução Emissões de CO2 no passado e previsão para o futuro extrapolado Para CO 2 Aquecimento da superfície global ( C) medid0 previsto Emissão de carbono por ano (bilhões de ton/ano) ano Fonte: PACALA e SOCOLOW, 2004; WORLD-RESOURCES-INSTITUTE, 2010; SOLOMON, 2007 (Adaptado). 3

4 Introdução Sequestro Geológico de Carbono (Geological Carbon Sequestration GCS) Visão Geral das opções de armazenamento geológico 1. Reservatórios depletados de gás e óleo 2. Uso de CO 2 para recuperação avançada de gás e óleo 3. Formações salinas profundas (a) offshore, (b) onshore 4. Uso de CO 2 para recuperação de CH4 em camadas de carvão Óleo e gás produzido CO 2 Injetado CO 2 armazenado Fonte: IPCC (2005) (adaptado). 5

5 Introdução Alterações geoquímicas da água subterrânea devido a presença de CO2 v Acidificação, carbonatação, mobilização de contaminantes orgânicos e inorgânicos (WILKIN e DIGIULIO, 2010). v Reações de dissolução de CO2 em água: CO 2 (g) CO 2 (aq) (Eq. 1) CO 2 (aq) + H 2 O H 2 CO 3 (aq) (Eq. 2) H 2 CO 3 (aq) H + (aq) + HCO 3 - (aq) (Eq. 3) HCO - 3 (aq) H + (aq) + CO 3 2- (aq) (Eq. 4) 6

6 Introdução Alterações geoquímicas da água subterrânea devido a presença de CO2 v A natureza da formação mineralógica exerce uma a importante função de controlar as mudanças de ph provocadas pelo vazamento de CO 2 (WILKIN e DIGIULIO, 2010); v Mineralogia pouco reativa (quartzo) não exerce efeito tampão e baixo aumento na alcalinidade; v Mineralogia altamente reativa (calcita) exerce efeito tampão e acréscimo na alcalinidade; v Acidificação da água mobilização de metais, dependendo da mineralogia. 7

7 Objetivos Ø Avaliar as alterações geoquímicas em água subterrânea decorrentes da contaminação por vazamento de CO2; Ø Avaliar o uso do monitoramento geoquímico da água subterrânea como forma de detecção de vazamentos de CO 2, proveniente de sequestro geológico. 8

8 Materiais e Métodos Etapa de laboratório 9 Introdução Materiais e Métodos Resultados e Discussão Conclusão Agradecimentos

9 Materiais e Métodos Etapa de Campo: Local do experimento N Florianópolis/SC 10 Introdução Materiais e Métodos Resultados e Discussão Conclusão Agradecimentos

10 Materiais e Métodos Distribuição do poço de injeção e dos poços de monitoramento 11

11 Materiais e Métodos Perfil construtivo do poço de injeção de CO2 12 Introdução Materiais e Métodos Resultados e Discussão Conclusão Agradecimentos

12 Materiais e Métodos Perfil construtivo dos poços de monitoramento da água subterrânea PM 1 PM 5 PM 2 PI PM 3 PM 4 13 Introdução Materiais e Métodos Resultados e Discussão Conclusão Agradecimentos

13 Materiais e Métodos Injeção de CO2 no aquífero v Tempo de injeção: 12 dias contínuos; v Vazão e pressão aplicadas: 90 g/h nos 7 dias inicias 3,0 a 3,5 psi; e 150 g/h nos 5 dias restantes 3,75 a 4,5 psi. v Massa total de CO2 injetada: 33 kg. 14

14 Materiais e Métodos Parâmetros geoquímicos analisados Meio Variável Método Água Subterrânea temperatura, ph, condutividade específica, potencial redox, oxigênio dissolvido, salinidade acidez / alcalinidade ânions Analisador MicroPurge Flow Cell modelo MP20 Standard Methods - Métodos 2310B e 2320B método da USEPA Água / Solo metais Métodos 6010 e 7000 da USEPA 15

15 Materiais e Métodos Distribuição das análises durante o experimento Análises Período de amostragem em relação à injeção Antes Durante **** Depois Macro e microminerais no solo * Macro e microminerais na água * 1-1 Análises em campo ** Análises em laboratório*** *Al, Ag, As, B, Be, Ba, Ca, Sb, Cd, Pb, Cu, Cr, Fe, Hg, K, H, Mg, Na, Mn, Ni, P, S, Se, V, Zn; ** temperatura, ph, condutividade específica, potencial redox e oxigênio dissolvido; *** Alcalinidade, acidez, Fe +2, ânions (Br -, Cl -, NO 3-, NO 2-, PO -3 4, SO -2 4 e CH 3 COO - ); ****Diariamente nos dias úteis do período de injeção. 16

16 Resultados e Discussão Características físico-químicas da água subterrânea (background) Variável Profundidade (m) Temperatura (ºC) 20,07 20,70 20,97 ph 5,36 5,34 5,18 Acidez (mgcaco3/l) 36,85 28,59 34,17 Alcalinidade (mgcaco3/l) 2,87 2,18 2,20 Condutividade Específica (ms/cm) 42,15 32,90 41,17 Oxigênio Dissolvido (mg/l) 2,31 2,83 0,75 Potencial Redox (mv) 281,40 296,97 293,87 Salinidade ( ) 0,02 0,02 0,03 17

17 Resultados e Discussão Experimento de laboratório Cond. específica (us/cm) ph 5,0 4,5 4,0 3,5 3, ,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0, Tempo (min) Oxigênio Dissolvido (mg/l) Salinidade ( ) ,045 0,040 0,035 0,030 0,025 0, Tempo (min) 18

18 Resultados e Discussão ph Alterações geoquímicas em experimento de campo PM metros 4 metros 6 metros 1 0 PM metros 4 metros 6 metros 1 0 PM metros 4 metros 6 metros 1 0 Tempo (dias)

19 Resultados e Discussão Alcalinidade (mgcaco 3 /L) Alcalinidade (mgcaco 3 /L) PM2 0 PM4 Alterações geoquímicas em experimento de campo 2 metros 4 metros 6 metros 0 Tempo (dias) 2 metros 4 metros 6 metros PM3 2 metros 4 metros 6 metros 0 PM5 0 Tempo (dias) 2 metros 4 metros 6 metros

20 Resultados e Discussão Alterações geoquímicas em experimento de campo Condutividade específica (ms/cm) PM2 2 metros 4 metros 6 metros PM4 2 metros 4 metros 6 metros PM5 2 metros 4 metros 6 metros Tempo (dias) 30

21 Resultados e Discussão Alterações geoquímicas em experimento de campo Oxigênio Dissolvido (mg/l) PM2 2 metros 4 metros 6 metros PM4 2 metros 4 metros 6 metros PM metros 4 metros 6 metros Tempo (dias)

22 Resultados e Discussão Potencial Redox (mv) PM2 Alterações geoquímicas em experimento de campo 2 metros 4 metros 6 metros PM4 150 PM5 2 metros 4 metros 6 metros Tempo (dias)

23 Resultados e Discussão Alterações geoquímicas em experimento de campo Salinidade ( ) PM2 2 metros 4 metros 6 metros 0,05 0,04 0,03 0,02 PM4 2 metros 4 metros 6 metros 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,01 PM5 0,05 2 metros 4 metros 6 metros 0,04 0,03 0,02 0,01 Tempo (dias)

24 Conclusão v As principais variáveis que sofreram alterações decorrentes da presença de CO2 foram o ph e potencial de oxidação-redução; v Essas variáveis podem ser indicadoras da presença de CO2 na água subterrânea; v As demais variáveis não sofreram alteração, que do ponto de vista de qualidade da água é um bom indicativo; 25

25 Agradecimentos 26

26 Obrigado! Gabriel Cavelhão (48)