Тематический рубрикатор статей

Георесурсы T.25.№2.2023
Стр.
Скачать статью

Применимость природных геологических объектов для хранения, захоронения и утилизации углекислого газа (обзор)

А.В. Корзун, А.В. Ступакова, Н.А. Харитонова, Н.В. Пронина, Е.Ю. Макарова, А.П. Вайтехович, К.О. Осипов, А.Ю. Лопатин, А.В. Асеева, М.Ю. Карпушин, Р.С. Сауткин, Ю.Д. Перегудов, М.А. Большакова, К.А. Ситар, А.С. Редькин

Обзорная статья

DOI https://doi.org/10.18599/grs.2023.2.2

22-35
rus.

open access

Under a Creative Commons license

В условиях современной тенденции, ориентированной на низкоуглеродную энергетику, актуальной проблемой становится утилизация углекислого газа. Подземное размещение углекислого газа признано ключевой технологией сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу и является важной частью проектов по улавливанию и размещению диоксида углерода (CCS). Множество проектов по размещению углекислого газа осуществляется по всему миру, но каждый проект имеет свою индивидуальность. В статье дан обзор различных типов геологических резервуаров и особенностей размещения углекислого газа в них, а также отмечены некоторые проекты по хранению, захоронению и утилизации углекислого газа. Выбор природного резервуара, разработка технологии его идентификации и критерии обоснования имеют ключевое значение для экологически стабильного размещения углекислого газа.

 

декарбонизация, углекислый газ, размещение, хранение, захоронение, утилизация, геологические объекты, природные резервуары, водоносные горизонты, угольные пласты, базальт, подземные хранилища газа, базальты

 

  • ГОСТ Р ИСО 27914-2023 (2023). Улавливание, транспортирование и хранение углекислого газа (Подземное размещение) (ISO 27914:2017, IDT).
  • Гридин В.А., Стерленко З.В., Еремина Н.В., Логвинова Т.В. (2015). Геологические основы проектирования и эксплуатации подземных хранилищ газа. Ставрополь: Северо-Кавказский фед. ун-т, 110 с.
  • Макарова Е.Ю., Митронов Д.В. (2015). Ресурсная база и перспективы добычи метана угольных пластов в России. Георесурсы. (2), с. 101–106. http://dx.doi.org/10.18599/grs.61.2.9
  • Сушенцова Б.Ю. (2013). Взаимодействие углекислого газа с ультраосновными и основными породами: Дис. канд. геол.-минер. наук. М., 255 с.
  • Хан С.А. (2010). Анализ мировых проектов по захоронению углекислого газа. Георесурсы, (4), с. 55–62.
  • Цзиньсюань Х., Яньцзюнь Л., Макарова Е.Ю., Богомолов А.Х., Чжаочжун Я. (2019). Молекулярное моделирование конкурирующей адсорбции метана и углекислого газа в матрице угля в присутствии воды. Химия твердого топлива, (5), с. 20–29. https://doi.org/10.1134/S0023117719050050
  • Эттингер И.Л. (1966). Газоемкость ископаемых углей. М.: Недра, 224 с.
  • Alfredsson H.A., Hardarson B.S., Franzson H., Gislason S.R. (2008). CO2 sequestration in basaltic rock at the Hellisheidi site in SW Iceland: Stratigraphy and chemical composition of the rocks at the injection site. Mineralogical Magazine, 72(1), pp. 1–5. https://doi.org/10.1180/minmag.2008.072.1.1
  • Bachu S., Bonijoly D., Bradshaw J., Burruss R., Holloway S., Christensen N.P., Mathiassen O.M. (2007). CO2 storage capacity estimation: Methodology and gaps. International Journal of Greenhouse Gas Control, 1(4), pp. 430–443. http://dx.doi.org/10.1016/S1750-5836(07)00086-2
  • Baklid A., Korbol R., Owren G. (1996). Sleipner Vest CO2 disposal, CO2 injection into a shallow underground aquifer. SPE Annual Technical Conference and Exhibition. SPE-36600-MS. https://doi.org/10.2118/36600-MS
  • Brouard B., Bérest P. (2019). Over-pressured salt solution mining caverns and leakage mechanisms. Phase 2: Cavern-Scale Report. 151 p.
  • Caglayan D.G., Weber N., Heinrichs H.U., Linßen, Robinius M., Kukla P.A., Stolten D. (2020). Technical potential of salt caverns for hydrogen storage in Europe. International Journal of Hydrogen Energy, 45(11), pp. 6793–6805. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.12.161
  • Da Costa A.M., da Costa P.V.M., Udebhulu O.D., Azevedo R.C., Ebecken N.F.F., Miranda, A.C.O., de Eston S. M., de Tomi G., Meneghini J. R., Nishimoto K., Ruggiere F., Malta E., Fernandes É.R., Brandão C.M., Breda A. (2019). Potential of storing gas with high CO2 content in salt caverns built in ultra‐deep water in Brazil. Greenhouse Gases: Science and Technology, 9(1), pp. 79–94. https://doi.org/10.1002/ghg.1834
  • Daval D., Sissmann O., Menguy N., Saldi G.D., Guyot F., Martinez I., Corvisier J., Garcia B., Machouk I., Knauss K.G., Hellmann R. (2011). Influence of amorphous silica layer formation on the dissolution rate of olivine at 90 °C and elevated pCO2. Chemical Geology, 284(1–2), pp. 193–209. https://dx.doi.org/10.1016/j.chemgeo.2011.02.021
  • DeVries K.L., Mellegard K.D., Callahan G.D., Goodman W.M. (2005). Cavern roof stability for natural gas storage in bedded salt. Final Report. Rapid City: RESPEC, 191 p.
  • Donadei S., Schneider G.S. (2016). Compressed air energy storage in underground formations. Storing Energy. Elsevier, pp. 113–133. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-803440-8.00006-3
  • Donadei S., Schneider G.S. (2022). Compressed air energy storage. Storing Energy. Elsevier, pp. 141–156. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-824510-1.00034-9
  • Duhan J. (2018). Compressed Air Energy Storage in Salt Caverns: Geomechanical Design Workflow, CAES Siting Study from a Geomechanics Perspective, and Deep Brine Disposal. Master of Applied Science in Civil Engineering thesis. Waterloo: Univ. of Waterloo, 183 p.
  • Ennis-King J., Gibson-Poole C.M., Lang S.C., Paterson L. (2002). Long term numerical simulation of geological storage of CO2 in the Petrel sub-basin, North West Australia. Greenhouse Gas Control Technologies, Proceedings of the 6th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies. Kyoto, Japan: Elsevier Science, pp. 1–4.
  • Espinoza D.N., Vandamme M., Pereira J.M., Dangla P., Vidal-Gilbert S. (2014). Measurement and modeling of adsorptive–poromechanical properties of bituminous coal cores exposed to CO2: Adsorption, swelling strains, swelling stresses and impact on fracture permeability. International Journal of Coal Geology, 134–135, pp. 80–95. http://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2014.09.010
  • Gerdemann S.J., O’Connor W.K., Dahlin D.C., Penner L.R., Rush H. (2007). Ex situ aqueous mineral carbonation. Environmental science & technology, 41(7), pp. 2587–2593. https://doi.org/10.1021/es0619253
  • Gillhaus A., Horvath P.L. (2008). Compilation of geological and geotechnical data of worldwide domal salt deposits and domal salt cavern fields: Research Project Report 2007-1-SMRI. Clarks Summit, PA, USA: Solution Mining Research Insitute and KBB Underground Technologies GmbH.
  • Gislason S.R., Wolff-Boenisch D., Stefansson A., Oelkers E.H., Gunnlaugsson E., Sigurdardottir H., Sigfusson B., Broecker W.S., Matter J.M., Stute M., Axelsson G., Fridriksson T. (2010). Mineral sequestration of carbon dioxide in basalt: A pre-injection overview of the CarbFix project. International Journal of Greenhouse Gas Control, 4(3), pp. 537–545. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2009.11.013
  • Goff F., Lackner K.S. (1998). Carbon dioxide sequestering using ultramafic rocks. Environmental Geosciences, 5(3), pp. 89–101. https://doi.org/10.1046/J.1526-0984.1998.08014.X
  • Goldberg D.S., Takahashi T., Slagle A.L. (2008). Carbon dioxide sequestration in deep-sea basalt. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105(29), pp. 9920–9925. https://doi.org/10.1073/pnas.0804397105
  • Gunter W.D., Perkins E.H., McCann T.J. (1993). Aquifer disposal of CO2-rich gases: Reaction design for added capacity. Energy Conversion and management, 34(9–11), pp. 941–948. https://doi.org/10.1016/0196-8904%2893%2990040-H
  • Gysi A.P., Stefánsson A. (2012). CO2–water–basalt interaction. Low temperature experiments and implications for CO2 sequestration into basalts. Geochimica et Cosmochimica Acta, 81, pp. 129–152. https://doi.org/10.1016/J.GCA.2011.12.012
  • Hamling J. (2015). Bell Creek Oil Field: A Study of Associated CO2 Storage with a Commercial CO2 Enhanced Oil Recovery Project. San Francisco, CA: IEAGHG Monitoring Research Network Meeting Lawrence Berkeley Laboratory. 34 p. https://dokumen.tips/documents/bell-creek-oil-field-a-study-of-associated-co2-bell-creek-oil-field-a-study.html?page=1
  • Hänchen M., Prigiobbe V., Baciocchi R., Mazzotti M. (2008). Precipitation in the Mg-carbonate system–effects of temperature and CO2 pressure. Chemical Engineering Science, 63(4), pp. 1012–1028. https://doi.org/10.1016/j.ces.2007.09.052
  • Heiskanen E. (2006). Case 24: Snohvit CO2 capture & storage project. Helsinki: National Consumer Research Centre, 20 p. https://www.esteem-tool.eu/fileadmin/esteem-tool/docs/CASE_24_def.pdf
  • Horváth P.L., Donadei S., Zapf D. (2020). Detailing of Basic Data, Information System & Potential Estimate for Site Selection of Salt Caverns for CAES and Hydrogen Storage in Bedded Salt. Solution Mining Research Institute Fall 2020 Virtual Technical Conference, pp. 1–16.
  • Huijgen W.J., Ruijg G.J., Comans R.N., Witkamp G.J. (2006). Energy consumption and net CO2 sequestration of aqueous mineral carbonation. Industrial & Engineering Chemistry Research, 45(26), pp. 9184–9194. http://dx.doi.org/10.1021/ie060636k
  • IOGCC (1988). Natural Gas Storage in Salt Caverns, A Guide for State Regulators. Oklahoma: Energy Resources Committee of the Interstate Oil and Gas Compact Commission, 45 p.
  • Johnson J.W., Nitao J.J., Steefel C.I., Knauss K.G. (2001). Reactive transport modeling of geologic CO2 sequestration in saline aquifers: the influence of intra-aquifer shales and the relative effectiveness of structural, solubility, and mineral trapping during prograde and retrograde sequestration. First national conference on carbon sequestration. National Energy and Technology Laboratory USA, pp. 14–17.
  • Johnson J.W., Nitao J.J., Knauss K.G. (2004). Reactive transport modelling of CO2 storage in saline aquifers to elucidate fundamental processes, trapping mechanisms and sequestration partitioning. Geological Society, London, Special Publications, 233(1), pp. 107–128. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.2004.233.01.08
  • Lackner K.S., Wendt C.H., Butt D.P., Joyce E.L. Jr., Sharp D.H. (1995). Carbon dioxide disposal in carbonate minerals. Energy, 20(11), pp. 1153–1170. https://doi.org/10.1016/0360-5442(95)00071-N
  • Lindeberg E., Wessel-Berg D. (1997). Vertical convection in an aquifer column under a gas cap of CO2. Energy Conversion and management, 38, pp. 229–234. https://doi.org/10.1016/S0196-8904(96)00274-9
  • Małachowska A., Łukasik N., Mioduska J., Gębicki J. (2022). Hydrogen storage in geological formations – The potential of salt caverns. Energies, 15(14), 5038. https://doi.org/10.3390/en15145038
  • Maldal T., Tappel I.M. (2004). CO2 underground storage for Snøhvit gas field development. Energy, 29(9–10), pp. 1403–1411. https://doi.org/10.1016/j.energy.2004.03.074
  • Matter J.M., Takahashi T., Goldberg D. (2007). Experimental evaluation of in situ CO2‐water‐rock reactions during CO2 injection in basaltic rocks: Implications for geological CO2 sequestration. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 8(2), Q02001. https://doi.org/10.1029/2006GC001427
  • Metz B., Davidson O., de Coninck H., Loos M., Meyer L. (2005). IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 431 p. https://www.ipcc.ch/report/carbon-dioxide-capture-and-storage/
  • Morse D.G., Mastalerz M., Drobniak A., Rupp J.A., Harpalani S. (2010). Variations in coal characteristics and their possible implications for CO2 sequestration: Tanquary injection site, southeastern Illinois, USA. International journal of coal geology, 84(1), pp. 25–38. http://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2010.08.001
  • National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. (2019). sequestration of supercritical CO2 in deep sedimentary geological formations. Negative Emissions Technologies and Reliable Sequestration: A Research Agenda, pp. 273–281. https://doi.org/10.17226/25259
  • Oelkers E.H., Gislason S.R., Matter J. (2008). Mineral carbonation of CO2. Elements, 4(5), pp. 333–337. http://dx.doi.org/10.2113/gselements.4.5.333
  • Oldenburg C.M. (2003) Carbon dioxide as cushion gas for natural gas storage. Energy and Fuels, 17(1), pp. 240–246. https://doi.org/10.1021/ef020162b
  • Plaat H. (2009). Underground gas storage: Why and how. Geological Society, London, Special Publications, 313(1), pp. 25–37. https://doi.org/10.1144/SP313.4
  • Reeves S., Oudinot A. (2005). The Allison Unit CO2-ECBM Pilot – A Reservoir and Economic Analysis. 2005 International Coalbed Methane symposium, 0522, pp. 1–16.
  • Rochelle C.A., Czernichowski-Lauriol I., Milodowski A.E. (2004). The impact of chemical reactions on CO2 storage in geological formations: a brief review. Geological Society, London, Special Publications, 233(1), pp. 87–106. http://dx.doi.org/10.1144/GSL.SP.2004.233.01.07
  • Sasaki K., Akibayashi S. (2000). A Calculation Model for Liquid CO2 Injection into Shallow Sub‐Seabed Aquifer. Annals of the New York Academy of Sciences, 912(1), pp. 211–225. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2000.tb06775.x
  • Seifritz W. (1990). CO2 disposal by means of silicates. Nature, 345, pp. 486–486. https://doi.org/10.1038/345486b0
  • Sipilä J., Teir S., Zevenhoven R. (2008). Carbon dioxide sequestration by mineral carbonation: Literature review update 2005–2007. Report VT 2008-1. 59 p. https://remineralize.org/wp-content/uploads/2015/10/LITR1.pdf
  • Snæbjörnsdóttir S.Ó., Sigfússon B., Marieni C., Goldberg D., Gislason S.R., Oelkers, E.H. (2020). Carbon dioxide storage through mineral carbonation. Nature Reviews Earth & Environment, 1(2), pp. 90–102. https://doi.org/10.1038/s43017-019-0011-8
  • Tarkowski R., Czapowski G. (2018). Salt domes in Poland–Potential sites for hydrogen storage in caverns. International Journal of Hydrogen Energy, 43(46), pp. 21414–21427. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.212
  • Thoms R.L., Martinez J.D. (1978). Preliminary long-term stability criteria for compressed air energy storage caverns in salt domes. Baton Rouge, USA: Louisiana State Univ., 90 p. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1203514/m2/1/high_res_d/6524724.pdf
  • Vesovic V., Wakeham W.A., Olchowy G.A., Sengers J.V., Watson J.T.R., Millat J. (1990). The transport properties of carbon dioxide. Journal of physical and chemical reference data, 19(3), pp. 763–808. https://doi.org/10.1063/1.555875
  • Warren J.K. (2016). Evaporites: A Geological Compendium. Berlin, Springer, 1807 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-13512-0
  • Wilson M., Monea M., Whittaker S., White D., Law D., Chalaturnyk R. (2004). IEA GHG Weyburn CO2 Monitoring & Storage Project: Summary Report 2000–2004. Regina: Petroleum Technology Research Centre, 284 p.
  • Yu H., Zhou, G., Fan W., Ye J. (2007). Predicted CO2 enhanced coalbed methane recovery and CO2 sequestration in China. International Journal of Coal Geology, 71(2–3), pp. 345–357. https://doi.org/10.1016/j.coal.2006.10.002
  • Zweigel P., Arts R., Lothe A.E., Lindeberg E.B. (2004). Reservoir geology of the Utsira Formation at the first industrial-scale underground CO2 storage site (Sleipner area, North Sea). Geological Society, London, Special Publications, 233(1), pp. 165–180. http://dx.doi.org/10.1144/GSL.SP.2004.233.01.11
  •  

Анна Вадимовна Корзун – кандидат геол.-мин. наук, доцент кафедры гидрогеологии геологического факультета, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1
e-mail: a.korzun@oilmsu.ru

Антонина Васильевна Ступакова – доктор геол.-мин. наук, заведующий кафедрой геологии и геохимии горючих ископаемых, директор Института перспективных исследований нефти и газа, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Наталья Александровна Харитонова – доктор геол.-мин. наук, профессор кафедры гидрогеологии, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Анна Валерьевна Асеева – кандидат геол.-мин. наук, научный сотрудник Лаборатории генетической минералогии и петрологии, Дальневосточный геологический институт ДВО РАН
Россия, 690022, Владивосток, пр. 100 лет Владивостоку, д. 159

Константин Олегович Осипов – научный сотрудник кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Наталья Владимировна Пронина – кандидат геол.-мин. наук, доцент кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Елена Юрьевна Макарова – кандидат геол.-мин. наук, доцент кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Анастасия Петровна Вайтехович – аспирант кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Алексей Юрьевич Лопатин – кандидат тех. наук, Эксперт Фонда «НИР» по разработке месторождений, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Михаил Юрьевич Карпушин – ведущий специалист кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Юрий Дмитриевич Перегудов – магистрант кафедры гидрогеологии, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Роман Сергеевич Сауткин – кандидат геол.-мин. наук, старший научный сотрудник кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Мария Александровна Большакова – кандидат геол.-мин. наук, ведущий научный сотрудник кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Ксения Александровна Ситар – кандидат геол.-мин. наук, старший научный сотрудник кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

Александр Сергеевич Редькин – аспирант кафедры гидрогеологии, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия, 119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1

 

Для цитирования:

Корзун А.В., Ступакова А.В., Харитонова Н.А., Пронина Н.В., Макарова Е.Ю., Вайтехович А.П., Осипов К.О., Лопатин А.Ю., Асеева А.В., Карпушин М.Ю., Сауткин Р.С., Перегудов Ю.Д., Большакова М.А., Ситар К.А., Редькин А.С. (2023). Применимость природных геологических объектов для хранения, захоронения и утилизации углекислого газа (обзор). Георесурсы, 25(2), c. 22–35. https://doi.org/10.18599/grs.2023.2.2

For citation:

Korzun A.V., Stoupakova A.V., Kharitonova N.A., Pronina N.V., Makarova E.Yu., Vaytekhovich A.P., Osipov K.O., Lopatin A.Yu., Aseeva A.V., Karpushin M.Yu., Sautkin R.S., Peregudov Yu.D., Bolshakova M.A., Sitar K.A., Redkin A.S. (2023). Applicability of natural geological objects for storage, disposal and utilization of carbon dioxide (review). Georesursy = Georesources, 25(2), pp. 22–35. https://doi.org/10.18599/grs.2023.2.2

© 2024 Коллектив авторов