Геологическое хранение углекислого газа (CO₂) в глубоких геологических формациях считается во всём мире, в том числе и в Германии, одной из ключевых технологий для достижения амбициозных климатических целей. Но как можно надёжно оценить потенциальные места хранения? И насколько достоверны компьютерные симуляции, которые должны предсказывать поведение CO₂ в подземных условиях в течение десятилетий или столетий?
Крупномасштабная международная исследовательская инициатива — 11-й проект Общества инженеров-нефтяников по сравнительному решению (сокращённо SPE11 Benchmark) — систематически изучала, насколько по-разному современные инструменты моделирования предсказывают процессы хранения CO₂. Сорок пять исследовательских и промышленных групп по всему миру зарегистрировались для участия, включая исследовательскую группу из Института наук о Земле Кильского университета (CAU).
Новое исследование, недавно [опубликованное](https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1750583625002178) в International Journal of Greenhouse Gas Control, представляет собой одно из наиболее обширных сравнений моделей, проведённых за последние годы для моделирования хранения CO₂. Проект предоставляет комплексную открытую базу данных, содержащую более 400 ГБ свободно доступных модельных данных, интерактивные визуализации и недавно разработанные методы для систематического сравнения сложных результатов моделирования.
В геологическом хранении CO₂ газ закачивается в пористые слои горных пород на большой глубине, где ряд физических и химических процессов может обездвижить его на длительное время. Чтобы предсказать эффективность этих механизмов хранения, специалисты полагаются на компьютерные, ориентированные на процессы модели. Впервые под руководством Университета Бергена (Норвегия) 45 учреждений из 11 стран, включая ведущие научные организации из Соединённых Штатов, Австралии, Германии, Франции, Китая, Канады, Саудовской Аравии, Нидерландов и Великобритании, представили свои результаты моделирования в рамках крупного скоординированного исследования.
Это сотрудничество позволило создать беспрецедентную коллекцию сравнительных наборов данных, идей и методологических достижений. «Представленные наборы данных были тщательно проанализированы, и их различия были изучены систематически. В результате была проведена надёжная оценка численных инструментов, используемых для прогнозирования процессов геологического хранения, — основа для любого безопасного и долгосрочного хранения CO₂», — объясняет профессор Себастьян Бауэр, руководитель рабочей группы по геогидромоделированию в Институте наук о Земле Кильского университета.
Хранение углекислого газа в глубоких геологических формациях представляет особые сложности для численного моделирования из-за очень длительных временных масштабов, часто охватывающих десятилетия и столетия, а также пространственной сложности недр. Исследование SPE11 Benchmark представляет собой новую научную основу для решения этой задачи. Оно включает три подзадачи возрастающей сложности: двухмерный лабораторный эксперимент, двухмерный полевой разрез и полностью трёхмерную полевую модель гипотетического пласта хранения.
Исследователи Кильского университета смогли предоставить результаты для всех трёх задач, используя высокопроизводительные вычислительные ресурсы университета. «В частности, трёхмерный случай потребовал сложных неизотермических многофазных симуляций, которые можно было выполнить в приемлемые сроки только с использованием вычислительных мощностей в Кильском университете. Это позволяет нам в Киле выполнять необходимые симуляции для полевых приложений», — говорит доктор Фирдовси Гасанзаде, соавтор исследования из рабочей группы по геогидромоделированию в Институте наук о Земле.
«Исследование демонстрирует необходимость прозрачных стандартов, особенно когда результаты должны служить основой для принятия политических решений и процедур выдачи разрешений», — добавляет профессор Себастьян Бауэр, чья рабочая группа также участвует в проектах Немецкого морского исследовательского альянса (DAM) по хранению углекислого газа в морском дне и под ним (CDRmare).
Исследование также весьма актуально в свете недавних политических событий. Германия только что приняла новую [правовую базу](https://phys.org/news/2023-01-germany-legislation-enable-carbon-storage.html?utmsource=embeddings&utmmedium=related&utm_campaign=internal): с конца ноября хранение CO₂ (улавливание и хранение углекислого газа, CCS) в морском дне или в глубоких геологических формациях теперь разрешено в принципе и представляет собой важный политический инструмент на пути к достижению климатических целей.
Предоставлено [Кильским университетом](https://phys.org/partners/kiel-university/)