Preview

Георесурсы

Расширенный поиск

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

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

Аннотация

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.

Об авторах

А. В. Корзун
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Анна Вадимовна Корзун – кандидат геол.-мин. наук, доцент кафедры гидрогеологии геологического факультета

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



А. В. Ступакова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Антонина Васильевна Ступакова – доктор геол.-мин. наук, заведующий кафедрой геологии и геохимии горючих ископаемых, директор Института перспективных исследований нефти и газа

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



Н. А. Харитонова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Наталья Александровна Харитонова – доктор геол.-мин. наук, профессор кафедры гидрогеологии

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



А. В. Асеева
Дальневосточный геологический институт ДВО РАН
Россия

Анна Валерьевна Асеева – кандидат геол.-мин. наук, научный сотрудник Лаборатории генетической минералогии и петрологии

690022, Владивосток, пр. 100 лет Владивостоку, д. 159



К. О. Осипов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Константин Олегович Осипов – научный сотрудник кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



Н. В. Пронина
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Наталья Владимировна Пронина – кандидат геол.- мин. наук, доцент кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



Е. Ю. Макарова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Елена Юрьевна Макарова – кандидат геол.-мин. наук, доцент кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



А. П. Вайтехович
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Анастасия Петровна Вайтехович – аспирант кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



А. Ю. Лопатин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Алексей Юрьевич Лопатин – кандидат тех. наук, Эксперт Фонда «НИР» по разработке месторождений

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



М. Ю. Карпушин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Михаил Юрьевич Карпушин – ведущий специалист кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



Ю. Д. Перегудов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Юрий Дмитриевич Перегудов – магистрант кафедры гидрогеологии

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



Р. С. Сауткин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Роман Сергеевич Сауткин – кандидат геол.-мин. наук, старший научный сотрудник кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



М. А. Большакова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Мария Александровна Большакова – кандидат геол.- мин. наук, ведущий научный сотрудник кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



К. А. Ситар
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Ксения Александровна Ситар – кандидат геол.-мин. наук, старший научный сотрудник кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



А. С. Редькин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Александр Сергеевич Редькин – аспирант кафедры гидрогеологии

119234, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1



Список литературы

1. ГОСТ Р ИСО 27914-2023 (2023). Улавливание, транспортирование и хранение углекислого газа (Подземное размещение) (ISO 27914:2017, IDT).

2. 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.

3. 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

4. Сушенцова Б.Ю. (2013). Взаимодействие углекислого газа с ультраосновными и основными породами: Дис. канд. геол.-минер. наук. М., 255 с.

5. Хан С.А. (2010). Анализ мировых проектов по захоронению углекислого газа. Георесурсы, (4), с. 55–62.

6. 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

7. Эттингер И.Л. (1966). Газоемкость ископаемых углей. М.: Недра, 224 с.

8. 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

9. 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

10. 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

11. Brouard B., Bérest P. (2019). Over-pressured salt solution mining caverns and leakage mechanisms. Phase 2: Cavern-Scale Report. 151 p.

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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.

16. 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

17. 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

18. 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.

19. 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.

20. 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

21. 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

22. 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.

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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-oilfield-a-study-of-associated-co2-bell-creek-oil-field-a-study.html?page=1

29. 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

30. 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

31. 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.

32. 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

33. 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.

34. 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.

35. 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

36. 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

37. 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

38. 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

39. 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

40. 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

41. 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/

42. 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

43. 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

44. 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

45. 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

46. 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

47. 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.

48. 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

49. 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

50. Seifritz W. (1990). CO2 disposal by means of silicates. Nature, 345, pp. 486–486. https://doi.org/10.1038/345486b0

51. 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

52. 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

53. 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

54. 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

55. 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

56. Warren J.K. (2016). Evaporites: A Geological Compendium. Berlin, Springer, 1807 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-13512-0

57. 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.

58. 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

59. 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


Рецензия

Для цитирования:


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

For citation:


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

Просмотров: 219


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1608-5043 (Print)
ISSN 1608-5078 (Online)