-->

Τετάρτη, 19 Σεπτεμβρίου 2018

Συμβολή της γεωλογικής αποθήκευσης του CO2 στην αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας

Εφαρμογές γεωθερμικών συστημάτων με βάση το CO2: (α) συστήματα CPG σε αλμυρούς υδροφορείς και για τη Βελτιωμένη Ανάκτηση Πετρελαίου (EOR) και (β) EGS. Περιλαμβάνονται μονάδες ηλεκτροπαραγωγής (άμεσες και δυαδικού κύκλου), εναλλάκτες θερμότητας, δευτερεύοντα ρευστά κυκλοφορίας, γεωτρήσεις παραγωγής και επανεισαγωγής, πηγές εκπομπών CO2 και δίκτυα ηλεκτρικού ρεύματος. Η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ηλεκτροπαραγωγή, τηλεθέρμανση ή/και για τη λειτουργία ηλεκτρικών συμπιεστών κατά την αποθήκευση του CO2 ή τη Βελτιωμένη Ανάκτηση Πετρελαίου (EOR)
Η γεωλογική αποθήκευση του CO2 (CO2 Geological Storage, CGS) σε κατάλληλους περατούς γεωλογικούς σχηματισμούς (αλμυρούς υδροφορείς, εξαντλημένους ταμιευτήρες πετρελαίου/φυσικού αερίου) μεγάλου βάθους (>800 m), που υπόκεινται αδιαπέρατων πετρωμάτων («στεγανό κάλυμμα»), θεωρείται ως ένας αποτελεσματικός τρόπος μείωσης των ανθρωπογενών εκπομπών αερίων θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα και άμβλυνσης των δυσμενών επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής.
Σχηματική απεικόνιση της δέσμευσης, μεταφοράς και γεωλογικής αποθήκευσης του CO2 σε διάφορα είδη ταμιευτήρων

Η γεωλογική αποθήκευση του CO2  αποτελεί τμήμα της αλυσίδας της τεχνολογίας «Δέσμευσης και Αποθήκευσης του CO2 (CO2 Capture and Storage, CCS)» . Το CO2,  που παράγεται από μια βιομηχανία ή μονάδα ηλεκτροπαραγωγής, δεσμεύεται με διάφορες τεχνικές (μετά την καύση, πριν την καύση, καύση με υψηλή συγκέντρωση O2/CO2), συμπιέζεται, αφυδατώνεται και μεταφέρεται με διαφόρους τρόπους (αγωγούς, βυτιοφόρα πλοία και φορτηγά μεγάλης χωρητικότητας, τρένα) στους χώρους αποθήκευσης (η μεταφορά με αγωγό είναι ο οικονομικότερος τρόπος, εξασφαλίζοντας συνεχή ροή μεγάλων ποσοτήτων υγρού ή υπερκρίσιμου CO2). Το CO2 αποθηκεύεται - μέσω μιας ή περισσοτέρων γεωτρήσεων εισπίεσης - σε κατάλληλους γεωλογικούς ταμιευτήρες, όπως: (α) εξαντλημένοι ταμιευτήρες πετρελαίου ή φυσικού αερίου, (β) υδροφορείς μεγάλου βάθους με ακατάλληλο αλμυρό νερό, (γ) βαθιά, μη εξορύσσιμα στρώματα γαιάνθρακα και (δ) άλλες επιλογές ήσσονος σημασίας, όπως βασάλτες, σχιστόλιθοι πετρελαίου, έγκοιλα (Εικόνα).
Η εισπίεση και αποθήκευση του CO2 μπορεί να συμβάλλει και στην αξιοποίηση του γεωθερμικού δυναμικού. Το CO2 παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι του νερού (π.χ. μεγαλύτερη διασταλτικότητα/συμπιεστότητα, χαμηλότερο ιξώδες, μεγαλύτερη ταχύτητα ροής για συγκεκριμένη βαθμίδα πίεσης, αυξημένη κινητικότητα, διαφορετική συμπεριφορά της ειδικής ενθαλπίας σε συνάρτηση με την πίεση και τη θερμοκρασία, υψηλότεροι ρυθμοί απόληψης θερμότητας, μικρότερη δραστικότητα ως διαλύτη) και καθίσταται ελκυστικό για τη χρήση του ως κυκλοφορούντος ρευστού (εργαζόμενου μέσου, working fluid) σε γεωθερμικά συστήματα.

Έχουν διατυπωθεί διάφορες προτάσεις χρήσης του CO2 στην εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας, οι οποίες όμως βρίσκονται σε ερευνητικό και πρώιμο στάδιο:
  1. χρήση του υπερκρίσιμου CO2 ως κυκλοφορούντος ρευστού στα Βελτιωμένα Γεωθερμικά Συστήματα (EGS), τα οποία χαρακτηρίζονται από περιορισμένη διαπερατότητα και κυκλοφορία ρευστών και απαιτείται αρχικά η διέγερση υπαρχουσών διαρρήξεων ή η δημιουργία νέων για αύξηση της διαπερατότητας,
  2.  έγχυση του υπερκρίσιμου CO2 σε βαθύ αλμυρό υδροφορέα και σχηματισμός «Γεωθερμικού Θυσάνου CO2» (CPG), που απορροφά θερμότητα από τον ταμιευτήρα και αξιοποιείται ενεργειακά,
  3. υβριδική προσέγγιση απόληψης θερμικής ενέργειας δύο σταδίων (αρχικά άλμης και στη συνέχεια άλμης και CO2) από βαθύ αλμυρό υδροφορέα,
  4. χρήση του CO2 ως ρευστού υποστήριξης της πίεσης ώστε να δημιουργηθούν αρτεσιανές πιέσεις για παραγωγή CO2 και άλμης, ως ρευστών απόληψης και μεταφοράς θερμότητας, και
  5. διάλυση του CO2 στην άλμη του ταμιευτήρα και ενεργειακή αξιοποίηση της εμπλουτισμένης σε CO2 θερμής άλμης.
Γεωθερμικό - CCS σύστημα, δύο σταδίων, σε έναν αλμυρό, διαπερατό ιζηματογενή σχηματισμό.Το σύστημα χρησιμοποιείται για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με δυαδικό κύκλο

Η παρούσα εργασία, των Αρβανίτη Α., Κούκουζα Ν., Γεμενή Β. & Κουτσοβίτη Π.,  παρουσιάστηκε στο 11° ΕΘΝΙΚΟ ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΓΙΑ ΤΙΣ ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ το οποίο  διεξήχθη στη Θεσσαλονίκη, στο Κέντρο Διάδοσης Ερευνητικών Αποτελεσμάτων (ΚΕ.Δ.Ε.Α.) του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης από 14 έως 16 Μαρτίου 2018.  Στην εργασία αυτή παρατίθενται οι προαναφερθείσες προτάσεις συνδυασμού γεωλογικής αποθήκευσης του CO2 και αξιοποίησης του γεωθερμικού δυναμικού και σημειώνονται τα πλεονεκτήματά τους. 

Οι τεχνολογίες που βασίζονται στο CO2 δίνουν τη δυνατότητα επέκτασης της χρήσης της γεωθερμικής ενέργειας, ενώ παράλληλα βοηθούν στη μείωση του κόστους της διαδικασίας δέσμευσης και αποθήκευσης του CO2. Επιπλέον, μπορούν να αποτελέσουν γέφυρα ανάμεσα στη σημερινή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, που κυριαρχείται από τα ορυκτά καύσιμα, και σε μια μελλοντική ηλεκτροπαραγωγή, βασισμένη στις ΑΠΕ. Παράλληλα, μπορούν να συντελέσουν στη μεταστροφή του CO2 από έναν επιζήμιο παράγοντα σε έναν πολύτιμο πόρο για το μέλλον.

[Επιμέλεια: Π. Τζεφέρης]