Mecanismos de Armazenamento de CO 2 e Estimativas de Capacidade para Reservatórios Geológicos

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1 Mecanismos de Armazenamento de CO 2 e Estimativas de Capacidade para Reservatórios Geológicos Rodrigo S. Iglesias FENG/CEPAC/PUCRS 23/09/ Captura e o Armazenamento de Carbono

2 Como o CO 2 é armazenado em subsuperfície? O que acontece com o CO 2 quando ele é injetado? Quais os processo físico-químicos envolvidos? Quais os controles geológicos? Quanto CO 2 pode ser armazenado local, regional e globalmente? 23/09/2013 2

3 Agenda Propriedades do CO 2 Interação com o reservatório Mecanismos de armazenamento. Dinâmica dos mecanismos Estimativas de capacidade Campos de Petróleo Aquíferos salinos Camadas de carvão 23/09/2013 3

4 Propriedades do CO 2 Dióxido de carbono: diagram de fases (P-T) 1 bar ( 1 atm) 23/09/2013 4

5 Propriedades do CO 2 Dióxido de carbono: diagram de fases (P-T) 73,8 bar ( atm) ponto crítico 31,1 C 23/09/2013 5

6 Propriedades do CO 2 Dióxido de carbono: diagram de fases (P-T) região supercrítica ponto crítico 23/09/2013 6

7 Densidade Propriedades do CO 2 2,8 kg/m 3 (1 atm/ 0,1 MPa) 23/09/2013 7

8 Viscosidade Propriedades do CO 2 0,013 mpa.s (1 atm/ 0,1 MPa) 23/09/2013 8

9 Propriedades do CO 2 A condição ideal para armazenar o CO 2 no reservatório é no estado supercrítico ou quasesupercrítico 23/09/2013 9

10 Densidade Propriedades do CO 2 Aumento > 70x na densidade 2,8 kg/cm 3 (1 atm/ 0,1 MPa) 23/09/

11 Propriedades do CO 2 Gradiente geotérmico: A temperatura aumenta em média 25 C a cada 1 km 23/09/

12 Propriedades do CO 2 Gradiente litostático de pressão: A pressão em sub-superfície aumenta em média 10 Mpa (100 bar 100 atm) a cada 1 km de profundidade 23/09/

13 Propriedades do CO 2 Dióxido de carbono: diagram de fases (P-T) região supercrítica ponto crítico (73,8 bar; 31,1 C) A uma profundidade superior a 800 m, provavelmente o CO 2 estará em estado supercrítico (800 m 80 bar > 73,8 bar) 23/09/

14 Propriedades do CO 2 A esta profundidade, o aumento de densidade faz com o volume ocupado pelo CO 2 nas condições atmosféricas seja cerca de 30 vezes menor. (kg/m 3 ) 23/09/

15 Interação com o reservatório Miscibilidade: CO 2 pode ser imiscível, parcialmente miscível ou totalmente miscível nos fluidos existentes no reservatório (óleo/gás) 23/09/

16 Interação com o reservatório Diferença de densidade (quando imiscível): conforme os fluidos do reservatório, o CO 2 (densidade ~600 kg/m 3 ) pode migrar para cima ou para baixo água (~1000 kg/m 3 ) flutuação óleo (~800 kg/m 3 ) flutuação gás natural (~150 kg/m 3 ) afundamento 23/09/

17 Interação com o reservatório Molhabilidade: tendência de um fluido em distribuir-se ao longo de uma superfície em presença de outro (imiscível) 23/09/

18 Interação com o reservatório Química: dissolução nos fluidos reatividade com minerais CO 2 (g) CO 2 (g) CO 2 (aq) CO 2 (aq) 23/09/

19 Mecanismos de armazenamento 23/09/

20 Mecanismos de armazenamento Estrutural/Estratigráfico diferença de densidade + rocha selo rocha selo ou capeadora (caprock) baixa porosidade/permeabilidade (ex. argilas) 23/09/

21 Mecanismos de armazenamento Estrutural/Estratigráfico CO 2 Estrutura fechada ( domo ) Hidrostático CO 2 Estrutura aberta Hidrodinâmico 23/09/

22 Mecanismos de armazenamento Estrutural/Estratigráfico 23/09/

23 Saturação residual Mecanismos de armazenamento 23/09/

24 Saturação residual Mecanismos de armazenamento CO 2 Porosidade Permeabilidade Pressão capilar Miscibilidade Molhabilidade CO 2 23/09/

25 Mecanismos de armazenamento Solubilidade (ou iônico) CO 2 (g) CO 2 (aq) CO 2(aq) CO 2(g) CO 2(g) CO 2(aq) 23/09/

26 Mecanismos de armazenamento Solubilidade (ou iônico) sistema carbonático ph: ~ 3,4 23/09/

27 Mecanismos de armazenamento Solubilidade (ou iônico) solubilidade em água: 1.45 g/l (CNTP) (em água do mar: ~15% menor) aquíferos salinos água do mar 23/09/

28 Mecanismos de armazenamento Mineralização Formação de carbonatos Requer: ph médio/alto disponibilidade de cátions (Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+,...) dissolução de minerais do reservatório (ex. calcita, magnesita,...) pre-existentes na água de formação 23/09/

29 Mineralização Mecanismos de armazenamento Ca 2+ + CO 2 (g) + H 2 O CaCO 3 (s) + 2H + carbonato de cálcio carbonato de magnésio carbonato de cálcio e magnésio hidroxicarbonato de sódio e alumínio carbonato de ferro 23/09/

30 Adsorção Mecanismos de armazenamento Matéria orgânica (ex. carvão) Forças intermoleculares 23/09/

31 Adsorção Mecanismos de armazenamento 23/09/

32 Dinâmica dos mecanismos mecanismo físico mecanismo físico-químico mecanismo químico 23/09/

33 Dinâmica dos mecanismos 23/09/

34 Estimativas de Capacidade 23/09/

35 Estimativas de Capacidade Amplamente imprecisas Valores contraditórios Extrapolações de valores regionais Suposições/hipóteses errôneas Metodologias diversas 23/09/

36 Introdução 23/09/2013 Bradshaw et al.,

37 Introdução Capacidades Estimadas (Gt CO 2 ) (IPCC, 2005) Campos de petróleo: Aquíferos salinos: Carvão: 3/ Suficiente? Emissões de CO 2 capturáveis acumuladas até 2050: ~ 145 Gt CO 2 23/09/

38 Introdução /09/

39 Introdução Aumento na certeza do potencial de armazenamento Associação de fontes emissoras e reservatórios Cut-off geológico ou de engenharia Valor máximo (coeficientes gerais) Aumento no custo do armazenamento Restrições legais e econômicas (modificado de CSLF, 2005; Bradshaw et al. 2007) 23/09/

40 Aumento na certeza do potencial de armazenamento Introdução Aumento no custo do armazenamento (modificado de CSLF, 2005; Bradshaw et al. 2007) Organização conceitual, pouco provável obter valores precisos para cada categoria 23/09/

41 Campos de petróleo Mais direto de todos (informação abundandte, antes/durante/depois da explotação) Fronteiras bem definidas de campos de petróleo Problemas devido à exploração: Danos ao reservatório Pode reduzir o espação (preenchimento por água se em contato com aquíferos inferiores) CO 2 pode ocupar o espaço poroso, mas não todo 23/09/

42 Campos de petróleo Bachu S, Bonijoly D, Bradshaw J et al (2007) CO 2 storage capacity estimation: methodology and gaps. Int J Greenhouse Gas Control 1(4): /09/

43 Campos de petróleo Bachu S, Bonijoly D, Bradshaw J et al (2007) CO 2 storage capacity estimation: methodology and gaps. Int J Greenhouse Gas Control 1(4): /09/

44 Campos de petróleo Capacidade efetiva: coeficientes (m=mobilidade; b=flutuabilidade; h=heterogeneidade; w= saturação de água; a= força do aquífero) Coeficientes variam amplamente (explicam os diferentes fatores de recuperação em EOR) Difícil estimar (baseados principalmente em simulações numéricas) Bachu S, Bonijoly D, Bradshaw J et al (2007) CO 2 storage capacity estimation: methodology and gaps. Int J Greenhouse Gas Control 1(4): /09/

45 Aquíferos salinos Menos informação (sem interesse) Mais difícil estimar Mecanismos de armazenamento interdependentes, atuando em diferentes escalas de tempo 23/09/

46 Aquíferos salinos Bachu S, Bonijoly D, Bradshaw J et al (2007) CO 2 storage capacity estimation: methodology and gaps. Int J Greenhouse Gas Control 1(4): /09/

47 Aquíferos salinos Bachu S, Bonijoly D, Bradshaw J et al (2007) CO 2 storage capacity estimation: methodology and gaps. Int J Greenhouse Gas Control 1(4): /09/

48 Aquíferos salinos Bachu S, Bonijoly D, Bradshaw J et al (2007) CO 2 storage capacity estimation: methodology and gaps. Int J Greenhouse Gas Control 1(4): /09/

49 Camadas de Carvão Estimativa análoga à metodologia utilizada para CBM (coal bed methane) determinação de IGIP (metano existente na camada) e PGIP (metano produzido) Para armazenamento, assume-se que o CO 2 substitui o metano existente na camada (IGIP) Capacidade teórica IGIP Capacidade efetiva PGIP 23/09/

50 Camadas de Carvão Bachu S, Bonijoly D, Bradshaw J et al (2007) CO 2 storage capacity estimation: methodology and gaps. Int J Greenhouse Gas Control 1(4): /09/

51 Sumário Aplicabilidade das metodologias atuais para a estimativa de capacidade de armazenamento de CO 2 com relação ao tempo e mecanismo de armazenamento (Relatório Fase II Força-Tarefa CSLF para Capacidade de Armazenamento) 23/09/

52 Obrigado pela atenção contato: 23/09/2013 Captura e o Armazenamento de 52 Carbono

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