Подтверждена безопасность захоронения парниковых газов

Профессор Сколтеха и его коллеги из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и норвежского института сейсмических наблюдений NORSAR провели эксперимент, который воспроизводит закачку углекислого газа под землю для борьбы с глобальным потеплением. Он показал — вопреки опасениям при соблюдении известных мер предосторожности захоронение парникового газа не вызовет техногенных землетрясений.

Исследование представлено в журнале Scientific Reports. Фиксация углерода — это связывание атмосферного углекислого газа в биомассе, например при посадке деревьев, или захоронении газа в подземных резервуарах, таких как истощенные нефтяные месторождения. Наряду с различными способами собственно сокращения выбросов парниковых газов, их фиксация — важный компонент стратегий сокращения углеродного следа. Однако закачка углекислого газа под землю вызывает дискуссии в связи с риском вызвать землетрясение.

«Наши эксперименты показывают, что при условии соблюдения разумных мер предосторожности и ограничении давления закачки вполне возможно безопасно захоранивать углекислый газ, не вызывая разрушительных землетрясений», — прокомментировал результаты исследования один из его авторов, профессор Сколтеха Сергей Станчиц.

В основе как этого исследования, проведенного на оборудовании Schlumberger в США, так и начатой Станчицем работы в Сколтехе лежат эксперименты с массивными кубическими образцами породы, в которых делается диагональный распил (см. фото), в результате чего получается модель двух сторон геологического разлома. К кубу со всех сторон прикладывается давление — оно имитирует силы, приводящие в движение плиты земной коры. Вместо углекислого газа через просверленные в блоке отверстия в породу закачивается под давлением силиконовое масло.

Кубометр песчаника, распиленный пополам, чтобы получились две пластины, которые могут наползать друг на друга / ©Scientific Reports

«Приложив неравное давление к разным граням блока из песчаника объемом около одного кубического метра, мы запустили лабораторный вариант тектоники плит, — рассказывает Станчиц. — „Плиты“ медленно поползли друг по другу, и чувствительные микрофоны на гранях куба стали фиксировать издаваемый ими шорох».

Сами по себе эти шумы ни о какой аномальной сейсмической активности не свидетельствуют. «В реальности тектонические плиты так себя и ведут: они не стоят на месте, — поясняет исследователь. — Проблемы появляются тогда, когда вместо плавного движения происходит зацеп, напряжение накапливается и затем мгновенно высвобождается: плиты в разломе резко проскальзывают, и мы наблюдаем землетрясение».

Ученые решили проверить, зарегистрируют ли микрофоны нечто большее, чем размеренное потрескивание породы, чтобы можно было говорить о настоящем, пусть и лабораторном, землетрясении. Но этого не произошло. «Тогда мы сделали то, чего в полевых условиях делать, конечно же, нельзя: мы закачали жидкость под тем же характерным для захоронения углекислого газа давлением, но уже в другую скважину, которая доходила до самого разлома, — продолжает Станчиц. — И как-то даже немного досадно было обнаружить, что плиты продолжили ползти с той же отнюдь не катастрофической скоростью».

Тогда ученые решили «докрутить» эксперимент в духе разрушителей легенд: «Мы подумали: ладно, пусть скважина будет первая — та, что не доходит 10 см до разлома — но давление мы повысим настолько, чтобы порода треснула. В реальном проекте по фиксации углерода этого стремились бы всеми силами избежать». Подобным образом нефтегазовые компании осуществляют так называемый гидроразрыв пласта, чтобы повысить приток трудноизвлекаемых углеводородов в скважину. Создаваемые таким способом трещины, кстати, нужны и в зеленой энергетике: чтобы получить доступ к возобновляемой геотермальной энергии недр.

В итоге песчаник треснул лишь после того, как исследователи подняли давление с 45 атмосфер, как в исходном эксперименте, до 180 атмосфер. Открылась трещина, ведущая из скважины в разлом, закачку прекратили. «Давление в скважине упало, и минут 10 все было тихо, но вскоре стало ясно, что как раз столько времени потребовалось жидкости, чтобы перераспределиться в разломе таким образом, чтобы, наконец, произошел проскок плит, который вполне можно считать лабораторным аналогом землетрясения», — говорит Станчиц, добавляя, что в полевых условиях энергия будущего землетрясения копилась бы порядка суток, если бы разрыв пласта произошел вблизи геологического разлома.

Суммируя результаты этого эффектного эксперимента, исследователь делает вывод, что захоронение углекислого газа в правильно подобранном месте и без превышения типичного для этого процесса давления безопасно и не должно вызывать землетрясений, просачивания газа в грунтовые воды или утечек в атмосферу. По-видимому, даже гидроразрыв пласта безопасен, если уделять должное внимание локальным геологическим особенностям и выбирать места, достаточно удаленные от разломов.

Авторы исследования убеждены, что подобные лабораторные эксперименты имеют большое значение для снижения расходов и рисков в связи с геологическими манипуляциями, которые осуществляются и для фиксации атмосферного углерода, и для добычи ископаемого топлива, и для получения геотермальной энергии. «Это не та задача, которую стоит решать методом проб и ошибок», — заключает Станчиц.