Hogyan segítenek az izotópok? A CO2-tárolás lehetőségei Magyarországon

Hírek

A szén-dioxid (CO2) hazai tárolásához kapcsolódó kutatómunka több tízéves múltra tekint vissza Magyarországon. Jelenleg a Dr. Falus György geológus által vezetett projekt keretében magyar kutatók a CO2 hatására végbemenő folyamatok megértésére irányuló vizsgálatokat végeznek, amelyek hosszabb távon hozzájárulhatnak a hazai CO2-elhelyezési technológia kifejlesztéséhez. E folyamatok megértése érdekében a szakemberek a Mihályi-Répcelak természetes CO2-felhalmozódási területen végeztek stabilizotóp-vizsgálatokat a tárolókőzetben található ásványok eredetének meghatározására. A projektben a Magyar Bányászati és Földtani Szolgálat, az ELTE Litoszféra Fluidum Kutató Laboratórium, a Scottish Universities Environmental Research Centre, valamint az ELKH részéről a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) Földtani és Geokémiai Intézetének szakemberei vesznek részt. A kutatás legfrissebb eredményeiről szóló tanulmányok a Chemical Geology és az Environmental Earth Sciences rangos nemzetközi folyóiratokban jelentek meg a közelmúltban.

A technológia fejlődése és a társadalom egyre növekvő igényeinek való megfelelés miatt az ipari forradalom óta rohamos mértékben emelkedett a CO2-kibocsátó pontforrások – például gyárak, erőművek, közlekedési eszközök – száma a világon. Ezáltal jelentősen, 280 ppm-ről közel 413 ppm-re növekedett a CO2 koncentrációja az atmoszférában (NOAA/ESRL, 2021). Az emberi tevékenységből származó CO2-kibocsátás csökkentése érdekében a nemzetközi egyezményekben megfogalmazott célok megvalósítására ma már számos technológia áll rendelkezésre. Ezek közül az egyik leghatékonyabb eljárás a CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) technológia, amelynek lényege, hogy a CO2-t az ipari pontforrásokból leválasztják és különböző geológiai képződményekbe eljuttatják. Ilyen képződmények lehetnek a leművelt természetes szénhidrogéntelepek és a mélyen fekvő sós vizes rezervoárok.

A CO2 geológiai tárolásának perspektívái Magyarországon

A CO2 geológiai tárolása során az egyik legkritikusabb tényező a biztonság kérdése, vagyis a megfelelő tárolórendszerek kiválasztása, ugyanis nem mindegyik geológiai képződmény felel meg erre a célra. Kiemelten fontos a CO2 besajtolása következtében lejátszódó felszín alatti folyamatok ismerete, és e folyamatok előrejelezhetősége, illetve pontos nyomonkövethetősége. Ezeknek a fizikai-kémiai folyamatoknak a megismerésében tudnak segítséget nyújtani a kutatók a természetes CO2-előfordulások komplex vizsgálatával. Magyarországon számos természetes CO2-előfordulás található, ahol a CO2 geológiai időskálán is szivárgásmentesen megőrződött (1. ábra). Ezek közül az egyik legjelentősebb a Mihályi-Répcelak térség, amely egyben a legrészletesebben tanulmányozott terület.

CSFK-CO2-tárolásra alkalmas formációk
CO2-tárolásra alkalmas formációk területi elterjedése Magyarországon (Falus et al., 2011)

A CO2 csapdázódásának folyamatát számos tényező befolyásolja, többek között a kőzet ásványos összetételének helyi eltérései, porozitásának változékonysága, valamint a regionális vízáramlások dinamikája. Ezek a tényezők és az általuk befolyásolt folyamatok az egyedi természetes CO2-felhalmozódási területeken vizsgálhatók a legjobban. Ilyen képződmények a Mihályi-Répcelak térség medencealjzati helyzetben lévő homokkő- és konglomerátumrezervoárjai, amelyek egyedülállóak a világon. Vizsgálatukkal kimutatható, hogy a kőzet litosztratigráfiai sajátosságai befolyásolják a CO2 hatására végbemenő folyamatok térbeli kiterjedését és mértékét, ezért e jelenségek megismerése kulcsfontosságú.

A fluidumok eredete és a tárolás során lejátszódó folyamatok, a stabil izotópok jelentősége

A tárolókőzetben azonosítható egyes ásványfázisok és fluidumok eredetének, valamint a kőzet-pórusfluidum rendszerben nagy mennyiségű CO2-beáramlás hatására végbemenő folyamatok megismeréséhez a részletes petrográfiai vizsgálatok mellett geokémiai módszerek alkalmazására is szükség volt. A kutatás eredményeit bemutató tanulmányokban főként a stabilizotóp-vizsgálatok kaptak nagy szerepet, mivel a szakembereknek ezek segítségével sikerült meghatározni, hogy mely ásványok keletkezhettek a CO2-beáramlás hatására, és melyek voltak jelen azt megelőzően.

CSFK-dawsonit-tartalmú homokkő
A Mihályi-Répcelak területen található dawsonittartalmú homokkő visszaszórt elektronképe: Daw = dawsonit, Ank = ankerit, Q = kvarc, Ms = muszkovit, Dol = dolomit, Kln = kaolinit, Sd = sziderit (Cseresznyés et al., 2021)

A kőzetben található különleges ásvány (2. ábra), a dawsonit [NaAlCO3(OH)2] szénizotóp-összetétele arra utal, hogy az ásványt létrehozó CO2 eredete azonos a rezervoárban jelen lévő, a Föld köpenyéből feláramló szabad szén-dioxidéval, így ez az ásvány egyértelműen a CO2-beáramlás hatására jött létre. Egy másik vastartalmú karbonátásvány, a sziderit [FeCO3] szénizotóp-összetétele alapján két különböző generációt tudtak a kutatók elkülöníteni, amelyek közül az egyik a dawsonithoz hasonlóan nagy mennyiségű CO2 hatására jött létre, míg a másik korábban képződhetett (3. ábra).

CSFK-CO2 szénizotóp-összetétele
A karbonátásványokkal egyensúlyban lévő CO2 szénizotóp-összetétele a mihályi-répcelaki rezervoárban (Cseresznyés et al., 2021)

A széntartalmú ásványok elemzése mellett a CSFK kutatói a világon elsőként határozták meg a dawsonit hidrogéntartalmának stabilizotóp-összetételét, azaz a kötött hidrogén 2H/1H arányát, amit a dawsonittal együtt képződött agyagásvány, a kaolinit vizsgálatával egészítettek ki. A kutatók az adatok alapján a pórusvíz eredetével és az összetételét befolyásoló folyamatokkal kapcsolatos következtetéseket vontak le. E szerint a mélyből feláramló szén-dioxid a kőzetrendszerben jelen levő, a felszínről leszivárgó csapadékvízzel keveredett, majd ez az oldat reagált a kőzettel, és a kőzet-oldat reakció során vált ki a dawsonit. A folyamat a mesterségesen besajtolt szén-dioxid megkötésének geológiai analógiája, így fontos információkat nyújt a hazai szén-dioxid-elhelyezési technológia kifejlesztéséhez.