Graciele Oliveira de Moura e Silva
Título
IMPACTO DAS CONCENTRAÇÕES DE CO2 E IMPUREZAS NOS MECANISMOS DE APRISIONAMENTO EM AQUÍFEROS SALINOS PARA CCS
Resumo
As mudanças climáticas, aceleradas pelas emissões de gases de efeito estufa, são um dos maiores desafios atuais. A busca por soluções para controlar seus impactos é imediato, e tecnologias como a captura e armazenamento de carbono (CCS) surgem como uma opção promissora. O CCS envolve a captura, transporte e armazenamento de CO2 de forma segura. Em desenvolvimento, o CCS representa uma possibilidade para reduzir as emissões de CO2 a atmosfera. Nos aquíferos salinos, o CO2 passa por processos físicos e químicos, que garantem a eficácia do projeto. Os projetos atuais exigem a injeção de CO2 com alta pureza, o que eleva os custos devido à necessidade de purificação de gases industriais. Neste contexto, este estudo avaliou os mecanismos de aprisionamento de CO₂ em um aquífero salino siliciclástico em diferentes cenários. Utilizou-se o software GEM para modelar um reservatório homogêneo com um poço injetor central. O CO2 foi injetado a vazão constante por 30 anos e monitorado por 1000 anos, nas concentrações de 30%, 50%, 70% e 100%. A Análise de Variância, ou ANOVA, foi aplicada para identificar diferenças significativas entre as concentrações em relação aos mecanismos de aprisionamento. Ademais, foi avaliado o impacto da injeção dos gases de exaustão industriais da produção de ferro, queima de carvão e produção de etanol sem purificação, no mesmo aquífero e sob as mesmas condições. Os resultados revelaram que, dos mecanismos de aprisionamento, a dissolução e o aprisionamento estrutural foram dominantes, enquanto a mineralização teve uma contribuição significativamente menor, mostrando ser um processo lento e de menor impacto no curto e médio prazo. A análise indicou que a injeção de CO2 puro teve a maior eficiência nos mecanismos de aprisionamento, com maiores volumes de CO2 aprisionado. Observou-se uma diminuição proporcional no aprisionamento de CO2 quando a concentração de CO2 foi reduzida. No entanto, mesmo com menor pureza, os mecanismos de aprisionamento permaneceram eficazes. A análise estatística confirmou diferenças significativas entre os cenários, no aprisionamento estrutural e por dissolução, todas as concentrações foram agrupadas em grupos estatisticamente diferentes. Em relação à injeção de gases de exaustão industriais, os padrões observados foram semelhantes aos encontrados na injeção de CO2 + N₂, com a dissolução como mecanismo predominante. No entanto, a presença de outros gases diminuiu a reatividade, levando a valores de aprisionamento menores e mais constantes. A análise mineralógica indicou que a injeção de CO2 em diferentes purezas e dos gases de exaustão causou dissolução de minerais argilosos e feldspatos, enquanto os minerais carbonatados se precipitaram. Embora a mineralização tenha sido o mecanismo menos representativo, ela pode se tornar mais relevante em escalas geológicas. O estudo contribui para o entendimento do armazenamento geológico de CO2 e evidencia o impacto da pureza do CO2 e a viabilidade de gases de exaustão industriais sem purificação na tecnologia CCS. Futuros estudos podem focar na avaliação do potencial de longo prazo e na otimização das condições de injeção.
Abstract
Climate change, accelerated by greenhouse gas emissions, is one of today's biggest challenges. The search for solutions to control its impact is immediate, and technologies such as carbon capture and storage (CCS) are emerging as promising options. CCS involves capturing, transporting, and storing CO2 safely. Under development, CCS represents a possibility for reducing CO2 emissions into the atmosphere. In saline aquifers, CO2 undergoes physical and chemical processes, which guarantee the effectiveness of the project. Current projects require the injection of high-purity CO2, which increases costs due to the need to purify industrial gases. In this context, the study evaluated the mechanisms for trapping CO₂ in a siliciclastic saline aquifer in different scenarios. GEM software was used to model a homogeneous reservoir with a central injection well. CO2 was injected at a constant flow rate for 30 years and monitored for 1000 years at concentrations of 30%, 50%, 70% and 100%. ANOVA was applied to identify significant differences between the concentrations concerning the trapping mechanisms. In addition, the impact of injecting industrial exhaust gases from iron production, coal burning, and ethanol production without purification into the same aquifer and under the same conditions was evaluated. The results revealed that the trapping mechanisms, dissolution, and structural trapping were dominant, while mineralization had a significantly smaller contribution, showing it to be a slow process with less impact in the short and medium term. The analysis indicated that the injection of pure CO2 had the most efficient trapping mechanisms, with higher volumes of CO2 trapped. A proportional decrease in CO2 trapping was observed when the CO2 concentration was reduced. However, even with lower purity, the trapping mechanisms remained effective. Statistical analysis confirmed significant differences between the scenarios, structural and dissolution trapping, where all concentrations were grouped into statistically different groups. About the injection of industrial exhaust gases, the patterns observed were similar to those found in the injection of CO2 + N₂, with dissolution as the predominant mechanism. However, the presence of other gases decreased reactivity, leading to lower and more constant trapping values. Mineralogical analysis indicated that the injection of CO2 in different purities and of the exhaust gases caused the dissolution of clay minerals and feldspars, while carbonate minerals precipitated. Although mineralization was the least representative mechanism, it may become more relevant on geological scales. The study contributes to the understanding of the geological storage of CO2 and highlights the impact of CO2 purity and the viability of unpurified industrial exhaust gases in CCS technology. Future studies could focus on assessing the long-term potential and optimizing injection conditions
