En potentiell lösning för att ta itu med klimatförändringarna är att på ett säkert sätt lagra koldioxid under jord i reservoarer från vilka olja tidigare utvunnits, ett tillvägagångssätt som kallas kolbindning. Detta är dyrt, men kostnaderna kan minskas genom att utvinna eventuell kvarvarande olja från dessa reservoarer samtidigt som koldioxiden tillförs. Dock, det har varit svårt att fastställa de mest lämpliga platserna när det gäller att behålla koldioxiden under lång tid samt att maximera utvinningen av olja.

Forskning från International Institute for Carbon Neutral Energy Research (I2CNER) vid Japans Kyushu University har nu utvecklat en metod för att simulera en högtrycksblandning av olja, koldioxid, och vatten under jorden och i vilken utsträckning det tränger igenom berg, baserat på bilder av bergstrukturen tagna på mikroskopisk nivå. Detta tillvägagångssätt bör hjälpa till att identifiera lämpliga platser för att tillämpa denna teknik, därigenom ökar mängden koldioxid som kan bindas och hjälper till att förhindra klimatförändringar.

För kolbindning på platser för förbrukade oljereservoarer, koldioxid injiceras vid ett så högt tryck att den antar en vätskeliknande form som kallas superkritisk vätska. Det finns alltså tre "vätskor":koldioxid, vatten, och olja, på dessa underjordiska platser, så det är svårt att modellera deras komplexa beteende. I deras studie, forskarna använde en modell som kallas trefasgitter-Boltzmann-modellen för att förutsäga vad som kommer att hända med dessa vätskor under kolbindning, med hänsyn till faktorer som storleken och formen på tomma "porer" i berget och mättnadsnivåerna för dessa vätskor i berget. Detta tillvägagångssätt ger vidare den relativa trefasiga permeabiliteten för naturliga bergarter, även om laboratoriemätningar av detta är extremt komplicerade, kostsam, och tidskrävande.

"I kolsegring, vi kan omdirigera koldioxid från anläggningar med stor produktion som kraftverk till underjordiska reservoarer, där den borde stanna i tusentals år, Medförfattaren till studien Takeshi Tsuji säger. "Vår metod kan berätta för oss vilka lagringsplatser som skulle vara bäst för detta. Det gör det genom att avslöja hur mycket koldioxid och olja som kommer att passera genom berget på en viss plats."

Tsuji och författaren Fei Jiang bekräftade noggrannheten av denna metod genom att testa den med en 3D-bild av mikrostrukturen av sandsten. Simuleringen innebar att sätta initiala förhållanden med olja och vatten på olika nivåer i berget, följt av insprutning av koldioxid vid högt tryck, varefter förändringarna i fördelningarna av dessa tre komponenter förutspåddes. Tidigare studier kunde inte utföra en sådan trefasig vätskeflödessimulering i 3D naturlig sandsten; därför är denna framgångsrika simulering i naturligt berg en spännande prestation.

"Precisionen i resultaten av vår metod är mycket viktig, " säger Jiang. "Om utövare av kolbindning gör felaktiga beräkningar och väljer olämpliga platser, koldioxid kan inte passera genom berget, och sprickor kan uppstå i berget efter högtrycksinjektionen, som kan leda till farliga utsläpp på ytan eller utlösa jordbävningar."

Genom att effektivisera oljeutvinningen och därmed öka lönsamheten för denna form av kolbindning, denna metod bör möjliggöra att denna form av kolavskiljning kan utföras mer allmänt.

Artikeln "Estimation of three-phase relative permeability by simulating fluid dynamics directly on rock-microstructure images" publicerades i Vattenresursforskning .