Underground CO2 Storage: Röntgen avslöjar hur vulkaniska bergarter kan lagra kol

Att utveckla effektiva metoder för att minska mängden koldioxid (CO2) i atmosfären är avgörande för att begränsa klimatförändringarna. En av de mest lovande teknikerna är Underground CO2 Storage, där koldioxid lagras djupt under jord i bergformationer.

Ny forskning från forskare vid MIT visar hur denna process fungerar på mikroskopisk nivå. Med hjälp av avancerad röntgentomografi kunde forskarna observera hur vulkaniska bergarter, särskilt basalt, reagerar när CO2-rika vätskor injiceras i dem. Studien publicerades i den vetenskapliga tidskriften AGU Advances och ger viktiga insikter i hur Underground CO2 Storage kan optimeras i framtiden.

Varför Underground CO2 Storage är viktigt för klimatet

För att undvika de allvarligaste konsekvenserna av klimatförändringar uppskattar forskare att miljarder ton industriell CO2 måste fångas in och lagras säkert före slutet av detta århundrade.

Tekniken Underground CO2 Storage innebär att koldioxid pumpas ner i bergformationer där kemiska reaktioner kan omvandla gasen till fasta mineraler. Denna process kallas karbonatmineralisering.

När CO2 omvandlas till mineraler blir den bokstavligen en del av berget, vilket gör lagringen extremt stabil och kan hålla kolet instängt i miljontals år.

Basalt – en idealisk bergart för Underground CO2 Storage

Forskare har länge varit intresserade av basalt, en vulkanisk bergart som finns i områden som Island och Hawaii. Basalt är särskilt lämpligt för Underground CO2 Storage av flera skäl:

• Den innehåller många porer, sprickor och håligheter som låter vätskor flöda igenom.
• Den är rik på järn, kalcium och magnesium.
• Dessa mineraler reagerar med CO2-rika vätskor och bildar karbonatmineraler som kalcit och dolomit.

När dessa mineraler bildas blir koldioxiden permanent låst i bergstrukturen.

Ett verkligt exempel är projektet CarbFix på Island, där forskare injicerar CO2-rikt vatten i basaltlager under marken. Resultaten visar att över 95 % av den injicerade CO2:n kan omvandlas till mineraler inom två år.

MIT:s experiment med röntgen och basalt

Trots lovande resultat har forskare länge undrat hur själva bergarten förändras under processen för Underground CO2 Storage.

För att undersöka detta samlade MIT-forskare basaltprover från Island år 2023 och utförde laboratorieexperiment. Bergproverna placerades i en specialbyggd apparat som gjorde det möjligt att pumpa vätskor genom stenen.

Forskarna accelererade mineralbildningen genom att blanda två vätskor som snabbt producerade karbonatmineraler.

Samtidigt analyserades stenproverna i en CT-röntgenscanner, liknande de som används inom sjukvården. Denna teknik skapade detaljerade 3D-bilder av bergets inre struktur under flera dagar och veckor.

På så sätt kunde forskarna se exakt hur porer, sprickor och kanaler i basalt förändrades när mineraler började bildas.

Mineralbildning minskar flödet – men stoppar det inte

Experimenten visade att mineralbildningen snabbt minskade permeabiliteten, alltså hur lätt vätskor kan röra sig genom berget.

Samtidigt förändrades porositeten mycket mindre än väntat. Även efter längre experiment hade endast cirka 5 % av det ursprungliga porutrymmet fyllts med mineraler.

Forskaren Simpson förklarade att mineralerna först bildas i mycket små mikrosprickor som kopplar samman större porer.

När dessa små sprickor täpps igen minskar vätskeflödet kraftigt. Men trots detta fortsätter vätskor att röra sig genom berget och fler mineraler kan bildas.

Detta är en viktig upptäckt för framtida Underground CO2 Storage-projekt.

Vad resultaten betyder för framtida koldioxidlagring

Om operatörer i ett verkligt Underground CO2 Storage-projekt märker att permeabiliteten plötsligt minskar kan de tro att injektionsbrunnen är blockerad.

Men MIT-studien visar att detta inte nödvändigtvis innebär att processen har misslyckats.

Så länge ett visst flöde fortfarande finns kan mineralisering fortsätta och CO2 kan fortsätta omvandlas till sten.

Med bättre förståelse för hur basalt förändras under Underground CO2 Storage kan ingenjörer designa mer effektiva system för storskalig koldioxidlagring.

Den nya MIT-studien ger en detaljerad bild av hur Underground CO2 Storage fungerar i vulkaniska bergarter. Genom avancerad röntgen-CT-teknik kunde forskarna observera hur mineraler bildas i mikrosprickor i basalt, vilket minskar vätskeflödet men fortfarande tillåter fortsatt karbonatbildning.

Resultaten visar att basaltformationer kan vara mycket effektiva för långsiktig koldioxidlagring, särskilt eftersom CO2 kan omvandlas till stabila mineraler inom relativt kort tid. Med projekt som CarbFix och nya laboratoriestudier fortsätter Underground CO2 Storage att framstå som en av de mest lovande teknologierna för att minska atmosfärens koldioxid och bekämpa klimatförändringar.

Vanliga frågor