Computer Simulaties Tonen Aan Dat CO₂ Onbeperkt Ondergronds Kan Worden Opgeslagen

We moeten stoppen met het uitstoten van koolstofdioxide (CO2) als we het klimaat willen redden—dat is zeker. Maar alleen dat zal niet genoeg zijn. Daarnaast is het ook noodzakelijk om CO2 die al in de atmosfeer aanwezig is, te vangen en permanent op te slaan, bijvoorbeeld door het diep in de grond te pompen.

Dit roept natuurlijk de vraag op wat er op de lange termijn met deze CO2 gebeurt. Is het gegarandeerd dat het in de grond blijft, of is het mogelijk dat het na tientallen of zelfs honderden jaren kan ontsnappen?

Hooggeavanceerde numerieke simulaties op supercomputers tonen nu voor het eerst precies aan wat er gebeurt wanneer CO2 zich mengt met grondwater: in een complex samenspel tussen CO2-rijkere en CO2-armere gebieden, zakt het CO2-rijkere water langzaam naar beneden, waardoor de CO2 permanent ondergronds kan worden opgeslagen.

CO2 stijgt—maar CO2 opgelost in water zakt

Diep onder de grond is de druk zo hoog dat koolstofdioxide vloeibaar blijft, maar met een veel lagere dichtheid dan water. Men zou daarom kunnen denken dat CO2 onmiddellijk naar boven zou drijven wanneer het in het grondwater wordt gepompt. Maar de situatie is iets ingewikkelder.

“Pure CO2 heeft een lagere dichtheid dan water, maar de situatie verandert wanneer CO2 is opgelost in water. Wanneer de twee worden gemengd, neemt het totale volume af, waardoor er een dichtere vloeistof ontstaat,” legt Marco De Paoli, hoofd van het onderzoekproject, uit. Water met een hoog CO2-gehalte heeft een hogere dichtheid dan water met een lager CO2-gehalte en zakt daardoor.

Onregelmatige structuren die zinken

“Omdat water met een hoger CO2-gehalte een hogere dichtheid heeft dan water met een lager CO2-gehalte, zijn de dynamiek in het poreuze gesteente zeer interessant,” zegt De Paoli. “Waar de CO2-concentratie het hoogst is, zakt de mengeling sneller, wat op zijn beurt zorgt voor een nog betere menging.” Dit resulteert in een netwerkachtig patroon van gebieden met hogere en lagere CO2-concentraties.

Over het geheel genomen kon het team met hun computersimulaties aantonen dat de CO2 naar beneden zakt en daar blijft—voor onbepaalde tijd. Uit de berekeningen kon het team eenvoudige modellen afleiden die nu door ingenieurs kunnen worden gebruikt om de CO2-stroom in de grond te voorspellen en injectiestrategieën te ontwerpen zonder dat voor elke situatie complexe en omvangrijke computersimulaties hoeven te worden uitgevoerd.

Geschikte geologische voorwaarden

Natuurlijk werkt dit niet overal. Ten eerste heb je een gesteentelaag nodig die zo ondoorlatend mogelijk is, waaronder de CO2 aanvankelijk kan acumuleren totdat het is opgelost in water. Het gesteente daaronder moet zo poreus mogelijk zijn, zodat het CO2-bevattende water gemakkelijk naar beneden kan zakken. Zodra dit is gebeurd, speelt de ondoorlatende gesteentelaag erboven geen rol meer. Zelfs geologische veranderingen, zoals een aardbeving of antropogene activiteiten, zouden de situatie niet meer beïnvloeden. De CO2 wordt veilig in de grond opgeslagen.

“Dergelijke geologische voorwaarden zijn niet zo zeldzaam,” zegt De Paoli. “Je zou uitgeputte olie reservoirs kunnen gebruiken. Er zijn ook grote gebieden, zogenaamde zoute aquifers, die zich onder de zeebodem of landinwaarts bevinden, waar CO2-opslag volgens dit schema mogelijk zou zijn. Ten minste zes zoute aquifers zijn ook aanwezig in Oostenrijk.”

In de komende jaren is De Paoli van plan om in een onderzoeksproject aan de TU Wien verdere belangrijke vragen te beantwoorden. Bijvoorbeeld, het moet ook worden verduidelijkt hoe het gesteente verandert wanneer CO2-bevattend water erdoorheen stroomt. Bepaalde chemische reacties kunnen ervoor zorgen dat gesteentemineralen oplossen, waardoor een nog grotere CO2-stroom naar beneden mogelijk wordt.

“Al deze vragen moeten gedetailleerd worden beantwoord als we de effecten van klimaatverandering op grote schaal willen verminderen door CO2 te vangen,” zegt De Paoli.