Análise dos principais mecanismos de aprisionamento de CO2 no processo de estocagem em reservatórios carbonáticos

• Processo: 23/05527-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2023
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Acordo de Cooperação: BG E&P Brasil (Grupo Shell)
• Pesquisador responsável: Colombo Celso Gaeta Tassinari
• Beneficiário: Amin Izadpanahi
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Empresa: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP)
• Vinculado ao auxílio: 20/15230-5 - Centro de Pesquisa e Inovação de Gases de Efeito Estufa - RCG2I, AP.PCPE
• Assunto(s): Engenharia de petróleo
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Carbon Capture Storage | Carbonate Reservoir | Mineralization | Trapping Mechanisms | Engenharia de Petróleo

Resumo

Em uma tentativa recente, em outubro de 2018, o Painel Internacional sobre Mudanças Climáticas (IPCC) sugeriu um limite de aumento de temperatura de 1,5°C para reduzir o risco associado a mudanças duradouras ou irreversíveis, como a perda de alguns ecossistemas pelo aquecimento global descontrolado. Nesse sentido, os processos de Captura e Armazenamento de Carbono (CCS) são vistos como uma ferramenta promissora para o cumprimento das metas de temperatura. No Brasil, a Formação Rio Bonito na Bacia do Paraná está localizada próxima às regiões de maior concentração de fontes emissoras estacionárias, possuindo grande potencial de geração de gás natural e armazenamento de CO2. Mas, para isso, é necessário primeiro entender os diversos mecanismos envolvidos. Os principais mecanismos de aprisionamento de CO2 são estrutural/hidrodinâmico, gás residual, solubilidade e mineral. O mecanismo estrutural está relacionado com a geometria de armadilhas estruturais e estruturas geológicas selantes. O mecanismo do gás residual depende do movimento do CO2 e da fase aquosa através da histerese de saturação e forças capilares. O aprisionamento por solubilidade é um aprisionamento químico de CO2 como uma componente salmoura solúvel. E, finalmente, o aprisionamento mineral é um aprisionamento geoquímico de CO2 como uma fase mineral, onde o CO2 é convertido em minerais de carbonato (como Calcita, Dolomita, Siderita). Esta proposta de pesquisa visa avaliar a capacidade de armazenamento de CO2 da Formação Rio Bonito considerando a dissolução de CO2 na água e mineralização de CO2. Para tanto, utilizaremos o fluxo reativo disponível no simulador composicional GEM. A modelagem de transporte reativo é uma ferramenta importante para estudar o destino e o transporte de CO2 injetado, a quantidade de CO2 dissolvido em aquíferos e aprisionamento por minerais carbonáticos e as variações desses mecanismos de aprisionamento ao longo do tempo. O aprisionamento mineral de CO2, onde o CO2 injetado reage com os minerais subterrâneos para formar uma fase sólida de carbonato estável, minimiza significativamente o risco de vazamento de CO2. A mineralização de carbono é uma tecnologia CCS que pode capturar grandes quantidades de CO2 e convertê-lo em produtos de carbonato estáveis que podem ser armazenados facilmente. Embora o processo de mineralização de CO2 tenha ocorrido ao longo de centenas de anos, um projeto piloto baseado na Islândia demonstrou que a maior parte do CO2 injetado na rocha basáltica é mineralizada em menos de dois anos. Se cátions adequados (por exemplo, Ca2+ ou Mg2+) estiverem presentes na vizinhança do íon carbonato (CO32), a calcita insolúvel se formará em qualquer formação geológica. Este mecanismo também deve ser estudado porque a dissolução mineral e a precipitação alteram o volume vazio do meio poroso. E a mudança de porosidade pode levar a variações de permeabilidade. Outro aspecto relevante a ser estudado é a integridade da rocha, ligada ao aspecto de segurança do armazenamento de CO2. A rede de fraturas naturais, mecanismos de dissolução de CO2 em água, precipitação/dissolução de CO2 e processos de integridade de rocha de cobertura serão avaliados nesta pesquisa. Para atingir os objetivos da pesquisa, será desenvolvida uma metodologia para avaliar esses mecanismos e estabelecer o acoplamento entre as diferentes escalas (nano, micro e macro). Isso será feito integrando resultados de simulação de dinâmica molecular com simulação de reservatório composicional. Inicialmente, será construído um modelo sintético utilizando dados da literatura sobre as principais propriedades da Formação Rio Bonito e/ou correlações que permitam estimar essas propriedades. Posteriormente, um modelo de reservatório mais completo pode ser empregado usando dados reais desta formação. Isso deve medir o potencial da Formação Rio Bonito no armazenamento de CO2, através da ação conjunta desses diferentes mecanismos. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

IZADPANAHI, AMIN; KUMAR, NARENDRA; TASSINARI, COLOMBO CELSO GAETA; ALI, MUHAMMAD; AHMAD, TAUSIF; SAMPAIO, MARCIO AUGUSTO. A review of carbon storage in saline aquifers: Key obstacles and solutions. GEOENERGY SCIENCE AND ENGINEERING, v. 250, p. 30-pg., 2025-03-09. (20/15230-5, 23/05527-9)

IZADPANAHI, AMIN; BLUNT, MARTIN J.; KUMAR, NARENDRA; ALI, MUHAMMAD; TASSINARI, COLOMBO CELSO GAETA; SAMPAIO, MARCIO AUGUSTO. A review of carbon storage in saline aquifers: Mechanisms, prerequisites, and key considerations. FUEL, v. 369, p. 24-pg., 2024-04-23. (23/05527-9, 20/15230-5)

IZADPANAHI, AMIN; RANAZZI, PAULO; ABRAHAM-A, RICHARDSON M.; TASSINARI, COLOMBO CELSO GAETA; SAMPAIO, MARCIO AUGUSTO. Optimizing CO₂ trapping in saline aquifers under geological uncertainty: A case study of the Rio Bonito Formation, Brazil. GAS SCIENCE AND ENGINEERING, v. 138, p. 22-pg., 2025-03-10. (20/15230-5, 17/15736-3, 23/05527-9)