Szolnoki homokkőben CO2 injektálás hatására lejátszódó kőzet-pórusfluidum kölcsönhatás geokémiai modellezése

Abstract

A szén-dioxid (CO2) atmoszférikus részarányának növekedésében jelentős szerepe van az emberi tevékenységnek, hiszen koncentrációja az ipari forradalom óta a fosszilis tüzelőanyagok nagymértékű használata miatt 280 ppm-ről csaknem 400 ppm-re nőtt (IPCC, 2007). A CO2 üvegházgázként jelentős szerepet játszik a globális klímaváltozásban, ami korunk egyik legsürgetőbb környezeti problémájává nőtte ki magát, mert hatással van Földünk ökoszisztémáira, vízháztartására is. A globális klímaváltozás hatásainak mérséklése kulcsfontosságú kérdés a Föld jövőjére nézve és széleskörű nemzetközi összefogást igényel. Ezt felismerve az 1997-es Kyotói Jegyzőkönyv óta számos nemzetközi megállapodás született a CO2 kibocsátás mértékének csökkentésére. Ezek közé tartozik az Európai Unió 2009/31/EK irányelve is a CO2 geológiai tárolásáról, amelyet hazánk 2012 májusában ültetett át jogrendjébe (1993. évi XLVIII. törvény módosítása, illetve a 145/2012. (VII. 3.) Korm. rendelet). A globális probléma hosszú távú megoldása az energiaszektor gyökeres átalakítása és a megújuló energiaforrásokra való átállás lenne. Azonban az áttérés időszakára hatékony megoldás lehet az ipari folyamat során keletkezett szén-dioxid füstgázból való leválasztása, majd felszín alatti geológiai tárolókban való elhelyezése és megkötése (Carbon Capture and Storage - CCS). Nemzetközi gyakorlatban a szén-dioxid tárolására alkalmas négy fő földalatti tároló típus közül Magyarországon a mélyen fekvő sós vizet tartalmazó rétegek találhatók meg legnagyobb kiterjedésben. A 2001 óta tartó hazai kutatások során ezek közül a pannon Szolnoki Homokkő Formáció tűnt legalkalmasabbnak a CO2 elhelyezésére, mivel teljesíti a legtöbb, geológiai időskálán biztonságos, ökoszisztémára veszélytelen felszín alatti tárolókra megszabott kritériumot (Fancsik et al., 2007). A CO2 földalatti tárolásának hatékonyabbá tétele és a tárolás folyamata során bekövetkező geokémiai változások megismerése komoly kutatás-fejlesztési tevékenységet, számos vizsgálatot igényel. Jelenleg is folyik a Szolnoki Homokkő Formáció, valamint az Algyői Formáció tároló-, illetve fedőkőzetként értelmezett képződményeinek integrált petrográfiai, geokémiai és geofizikai vizsgálata, amelynek egy részterületét mutatja be TDK dolgozatunk, a Szolnoki Homokkő Formáció homokköveinek petrográfiai és reakcióképesség vizsgálatára fókuszálva. A dolgozatunk fő célja a CO2 elhelyezés szempontjából perspektivikus Szolnoki Homokkő Formáció ásványtani és geokémiai változásainak modellezése a rendszerhez hozzáadott szuperkritikus CO2 hatásának megismerése végett. A CO2 tárolás biztonságosságát és a tárolóba besajtolt CO2 hatására végbemenő geokémiai folyamatokat vizsgáló egyensúlyi, valamint kinetikus geokémiai modellek számára fontos bemeneti paramétert jelent a tároló kőzet ásványos összetétele és azok részaránya, ami lokálisan változhat, így minél pontosabb megismerése minden potenciális tároló kőzet esetében alapvető elem. Továbbá fontos ismernünk a pórusfluidum összetételét is, hiszen jelentős hatása lehet például a CO2 oldhatóságában (Duan & Li, 2002). Ezért célunk ezen paraméterek pontosabb megismerése is. A munkánk során tanulmányozott terület Szolnok környéke, ahonnan 3 db mélyfúrásból (Tószeg és Zagyvarékas településekről) származó, 7 db homokkő fúrómag ásványos összetétele, valamint a terület 10 km2-es környezetéből származó 64 db mélyfúrás vízadatai alapján vizsgáltuk a potenciális tároló kőzetben végbemenő kőzet-fluidum kölcsönhatást. Az adatok segítségével egyszerű geokémiai modelleket készítettünk, amelynek fő célja, hogy kezdeti becslést adjon egy esetleges CO2 tárolási projekt keretében történő, CO2 besajtolást követő geokémiai és ásványtani változásokra a tároló kőzetben. A tárolóban lezajló geokémiai és ásványtani folyamatok hatására a kőzet petrofizikai tulajdonságai is megváltoznak, ami például a porozitás és permeabilitás csökkenésével vagy növekedésével visszahathat a geokémiai mechanizmusokra. Dolgozatunk fő szempontja a geokémiai változások vizsgálata, így annak petrofizikai hatását jelen munka nem tárgyalja.