Wpływ geologicznego składowania CO2 na środowisko

• Autorzy: Uliasz-Misiak B.

Warianty tytułu

EN

The influence of geological CO2 storage on the environment

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Geologiczne składowanie dwutlenku węgla powinno być prowadzone przy założeniu braku wycieków z miejsc składowania. Jednak niezależnie od tego, czy zatłaczany gaz będzie wyciekał ze składowiska, czy też nie składowany dwutlenek węgla będzie oddziaływał na środowisko. W szczelnym składowisku zatłaczany dwutlenek węgla będzie rozpuszczał się w płynach złożowych (wodzie podziemnej i ropie) oraz wchodził w reakcje ze skałami formacji do składowania. Rozpuszczanie CO2 w wodzie podziemnej będzie powodowało zmianę jej pH i chemizmu. Oddziaływania z matrycą skalną miejsca składowania spowodują nie tylko zmianę składu mineralogicznego, ale również parametrów petrofizycznych wywołane wytrącaniem i rozpuszczaniem minerałów. Wyciek CO2 z miejsca składowania może wywołać zmiany w składzie powietrza glebowego i wód podziemnych, wpłynąć na rozwój roślin, a przy nagłych i dużych wypływach będzie stanowił zagrożenie dla ludzi i zwierząt. Dwutlenek węgla może spowodować pogorszenie jakości wód pitnych związane ze wzrostem ich mineralizacji (twardości) oraz mobilizacją kationów metali ciężkich. Wzrost zawartości tego gazu w glebie prowadzi do jej zakwaszenia i ma negatywny wpływ na rośliny. Koncentracja dwutlenku węgla rzędu 20-30% jest wartością krytyczną dla roślin, powyżej której następuje ich obumieranie. Wpływ podwyższonych koncentracji dwutlenku węgla na organizm ludzki jest zależny od stężenia gazu, czasu ekspozycji oraz czynników fizjologicznych. Zawartości CO2 w powietrzu do 1,5% nie wywołują u ludzi efektów ubocznych. Koncentracja powyżej 3% powoduje szereg negatywnych skutków, takich jak: wzrost częstotliwości oddychania, trudności w oddychaniu, bóle głowy, utrata przytomności. Przy stężeniach powyżej 30% CO2 w powietrzu śmierć następuje po kilku minutach. Mikroorganizmy i grzyby żyjące pod powierzchnią ziemi mają dobrą tolerancję na podwyższone i wysokie stężenia dwutlenku węgla. Spośród zwierząt największą odporność wykazują bezkręgowce, niektóre gryzonie i ptaki.

EN

Geological carbon dioxide storing should be carried out with the assumption that there are no leakages from the storage sites. However, regardless of whether the gas which is injected in leaks from the storage site or not, the carbon dioxide stored will influence the environment. In a tight storage site the carbon dioxide injected in will dissolve in the reservoir liquids (groundwater and oil) and react with the rocks of the storage formation. Dissolving CO2 in underground water will result in the change of its pH and chemism. The reactions with the rock matrix of the storage site will not only trigger changes in its mineralogical composition, but also in the petrophysical parameters, because of the precipitation and dissolution of minerals. A leakage of CO2 from its storage site can trigger off changes in the composition of soil air and groundwater, influence the development of plants, and in case of sudden and large leaks it will pose a threat for people and animals. Carbon dioxide can cause deterioration of the quality of drinking waters related to the rise in their mineralization (hardness) and the mobilization of heavymetals' cations. A higher content of this gas in soil leads to a greater acidity and negatively affects plants. A carbon dioxide concentration of ca. 20-30% is a critical value for plants above which they start to die. The influence of high concentrations of carbon dioxide on the human organism depends on the concentration of gas, exposure time and physiological factors. CO2 content in the air of up to 1.5% does not provoke any side effects in people. A concentration of over 3% has a number of negative effects, such as: higher respiratory rate, breathing difficulties, headaches, loss of consciousness. Concentrations higher than 30% lead to death after a few minutes. Underground microorganisms and fungi have a good tolerance to elevated and high concentrations of carbon dioxide. Among animals the best resistance is found in invertebrates, some rodents and birds.

Słowa kluczowe

PL

geologiczne składowanie CO2; wpływ na środowisko; geochemia; wody pitne; oddziaływanie CO2

EN

CO2 geological storage; environmental impact; geochemistry; drinking water; influence of carbon dioxide

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 27, z. 1
• Strony: 129--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 52 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Uliasz-Misiak B.

• Katedra Inżynierii Naftowej, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków,

Bibliografia

• [1] Andre' L., Audigane P., Azaroual M., Menjoz A., 2007 - Numerical modeling of fluid-rock chemical interactions at the supercritical CO2-liquid interface during CO2 injection into a carbonate reservoir, the Dogger aquifer (Paris Basin, France). Energy Conversion and Management 48, s. 1782-1797.
• [2] Bachu S., Adams J. J., 2003 - Sequestration of CO2 in geological media in response to climate change: Capacity of deep saline aquifers to sequester CO2 in solution. Energy Conversion and Management 44 (20), s. 3151-3175.
• [3] Beaubien S. E., Ciotoli G., Coombs P., Dictor M. C., Kruger M., Lombardi S., Pearce J. M., West J. M., 2008 - The impact of a naturally occurring CO2 gas vent on the shallow ecosystem and soil chemistry of a Mediterranean pasture (Latera, Italy). International Journal of Greenhouse Gas Control 2, s. 373-387.
• [4] Benson S., Hepple M. R., Apps J., Tsang C. F., Lippmann M., 2002 - Lessons Learned from Natural and Industrial Analogues for Storage of Carbon Dioxide in Deep Geological Formations. LBNL-51170. Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA.
• [5] Bouc O., Audigane P., Bellenfant G., Fabriol H., Gastine M., Rohmer J., Seyedi D., 2009 - Determining safety criteria for CO2 geological storage. Energy Procedia 1, s. 2439-2446.
• [6] Bryła H., 2002 - Leksykon ekologii i ochrony środowiska. Wyd. Oficyna Wydawnicza Tempus, Gdańsk.
• [7] Chang Y., Coats B., Nolen J., 1996 - A compositional model for CO2 floods including CO2 solubility in water. Paper SPE 35164, Presented at the 1996 SPE Permian Basin Oil and Gas Recovery Conference held in Midland, Texas, USA, March 27-29.
• [8] Ciężkowski W., (red.) 2002 - Występowanie, dokumentowanie i eksploatacja endogenicznego dwutlenku węgla w Polsce. Wrocław.
• [9] Craig J. R., Vaughan D. J., Skinner B. J., 2003 - Zasoby Ziemi. Wyd. PWN Warszawa.
• [10] Czernichowski-Lauriol I., Sanjuan B., Rochelle C., Bateman K., Pearce J. M., Blackwell P., 1996 - Analysis of the geochemical aspects of the underground disposal of CO2. [W:] Apps, J.A., Tsang, C.F. (Eds.), Deep Injection Disposal of Hazardous and Industrial Waste: Scientific and Engineering Aspects. Academic Press, s.565-585.
• [11] Damen K., Faaij A. E., Turkenburg W., 2006 - Health, Safety and Environmental Risks of Underground CO2 Storage - Overview of Mechanisms and Current Knowledge. Climatic Change (2006).
• [12] Enick R. M., Klara S. M., 1990 - CO2 solubility in water and brine under reservoir conditions. Chemical Engineering Communications 90, s. 23-33.
• [13] Flett M. A., Gurton R. M., Taggart I. J., 2005 - Heterogeneous saline formations: Long-term benefits for geo-sequestration of greenhouse gases. [W:] Proceedings of the 7th International Conference on Greenhouse Gas Technologies (GHGT-7), E. S. Rubin, D. W. Keith and C. F. Gilboy (eds.), September 5-9, 2004, Vancouver, Canada, Elsevier, vol. I, s. 501-510.
• [14] May F., Möller I., Lagneau V., Pipart A., Catalette H., 2005 - Reactive transport modeling of CO2sequestration in deep saline aquifers. Oil Gas Sci. Technol. 60, s. 231-247.
• [15] Gaus I., Azaroual M., Czernichowski-LauriolI., 2002 - Preliminary modeling of the geochemical impact of CO2 injection on the caprock at Sleipner. BRGM Report BRGM/RP-52081-FR.
• [16] Gaus I., Azaroual M., Czernichowski-Lauriol I., 2005 - Reactive transport modeling of the impact of CO2 injection on the clayey cap rock at Sleipner (North Sea). Chem. Geol. 217, s. 319-337.
• [17] Gunter W. D., Perkins E. H., Hutcheon I., 2000 - Aquifer disposal of acid gases; modeling of water-rock reactions for trapping of acid gases. Appl. Geochem. 15, s. 1085-1095.
• [18] Gunter W. D., Bachu S., Benson S., 2004: The role of hydrogeological and geochemical trapping in sedimentary basins for secure geological storage for carbon dioxide. [W:] S. J. Holt J., Jensen J.-T., Lindeberg E., 1995: Underground storage of CO2 in aquifers and oil reservoirs. Energy Conversion and Management 36 (6-9), s. 535-538.
• [19] Hamada Y., Tanaka T., 2001 - Dynamics of carbon dioxide in soil profiles based on long-term field observation. Hydrol. Process. 15, s. 1829- 1845.
• [20] Holt J., Jensen J.-T., Lindeberg E., 1995 - Underground storage of CO2 in aquifers and oil reservoirs. Energy Conversion and Management 36 (6-9), s. 535-538.
• [21] Izgec O., Demiral B., Bertin H., Akin S., 2008 - CO2 injection into saline carbonate aquifer formations II: Comparison of numerical simulations to experiments. Transp. in Por. Media 73, s. 57-74.
• [22] Jaffe P. R.,Wang S., 2003 - Potential effect of CO2 releases from deep reservoirs on the quality of fresh-water aquifers'. [W:] Gale, J. and Kaya,Y. (eds), Sixth International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, Kyoto, vol. II, Pergamon, Amsterdam, s. 1657-1660.
• [23] Kaszuba J., Janeck D., Sno M., 2003 - Carbon dioxide reaction processes in a model brine aquifer at 200°C and 200 bars: implications for geologic sequestration of carbon. Appl. Geochem. 18, s. 1065-1080.
• [24] Koide H., Takahashi M., Tsuk moto H., 1995 - Self-trapping mechanisms of carbon dioxide in the aquifer disposal. Energy Conversion and Management 36 (6-9), s. 505-508.
• [25] Krüger M., West J., Frerichs J., Oppermann B., Dictor M-C., Jouliand C., Jones D., Coombs P., Green K., Pearce J., 2009 - Ecosystem effects of elevated CO2 concentrations on microbial populations at a terrestrial CO2 vent at Laacher See, Germany. Energy Procedia 1, s. 1933-1939.
• [26] Labus K., Tarkowski R., Wdowin M., 2010 - Ocena pojemności składowania CO2 na podstawie modelowania hydrogeochemicznego relacji woda-skała-gaz w obrębie potencjalnego repozytorium w rejonie Bełchatowa. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 26, z. 2, s. 69-84.
• [27] Lagneau V., Pipart A., Catalette H., 2005 - Reactive transport modeling of CO2 sequestration in deep saline aquifers. Oil Gas Sci. Technol. 60, s. 231-247.
• [28] Le Guen Y., Renard F., Hellmann R., Brosse E., Collombet M., Tisserand D., Gratier J.-P., 2007 - Enhanced deformation of limestone and sandstone in the presence of high pCO2 fluids, J. of Geophys. Res., 112, B05421, doi:10.1029/2006JB004637.
• [29] Lu J., Partin J. W., Hovorka S. D., Wong C., 2010 - Potential risks to freshwater resources as a result of leakage from CO2 geological storage: a batch-reaction experiment. Environ Earth Sci. 60, s. 335-348.
• [30] Nelson Ch. R., Evans J. M., Sorensen J. A., Steadman E. N., Harju J. A., 2005 - Factors Affecting the Potential for CO2 Leakage from Geologic Sinks. Plains CO2 Reduction (PCOR) Partnership. www.netl.gov.pl, s. 36.
• [31] Nodzeński A., Hołda S., 2003 - Oddziaływanie fizykochemiczne dwutlenku węgla ze środowiskiem centrów magazynowania. Polityka Energetyczna t. 6, z. spec., s. 357-366.
• [32] Olsen D., Stentoft N., 2003 - Chemical and Physical Interaction of CO2 and Carbonate Rock. Geological Survey of Denmark and Greenland Ministry of Environment, Raport 2003/41. Archiwum BRGM.
• [33] Portier S., Rochelle C., 2005 -Modeling CO2 solubility in pure water and NaCl-type waters from 0 to 300 C and from 1 to 300 bar. Application to the Utsira Formation at Sleipner. Chem. Geol. 217, s. 187-199.
• [34] Rice S. A., 2003 - Health Effects of Acute and Prolonged CO2 Exposure in Normal and Sensitive Populations. Second Annual Conference on Carbon Sequestration -May 5-8, 2003, Alexandria,Virginia, USA, s. 1-10.
• [35] Rice S. A., 2004 - Human Health Risk Assessment of CO2: Survivors of Acute High-Level Exposure and Populations Sensitive to Prolonged Low-Level Exposure. Third Annual Conference on Carbon Sequestration, May 3-6, 2004, Alexandria, Virginia, USA, s. 1-9.
• [36] Sadowsky M. J., Schortemeyer M., 1997 - Soil microbial responses to increased concentration of atmospheric CO2. Global Change Biol. 3, s. 217-224.
• [37] Soong Y., Goodman A. L., Mc Carthy-Jones J. R., Baltrus J. P., 2004 - Experimental and simulation studies on mineral trapping of CO2 with brine. Energy Conversion and Management 45, s. 1845-1859.
• [38] Stenhouse M., Arthur R., Zhou W., 2009 - Assessing environmental impacts from geological CO2 storage. Energy Procedia 1, s. 1895-1902.
• [39] Targowski L., 2005 - Dwutlenek węgla w środowisku człowieka. (www.wentylacja.com.pl).
• [40] Tarkowski R., Uliasz-Misiak B., 2007 - Oddziaływanie CO2 na skały zbiornikowe w celu określenia ich przydatności dla geologicznego unieszkodliwiania dwutlenku węgla. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 23, z. 3, s. 109-117.
• [41] Uliasz-Misiak B. (red.), Barabasz W., Frączek K., Grzyb J., Królik W., Tarkowski R., 2006 - Badania mikrobiologiczne wycieków CO2 w rejonie Muszyny w celu opracowania metod biomonitoringu. Studia Rozprawy Monografie nr 136, s. 65.
• [42] Uliasz-Misiak B., 2008 - Pojemność podziemnego składowania CO2 dla wybranych mezozoicznych poziomów wodonośnych oraz złóż węglowodorów w Polsce. Studia Rozprawy Monografie nr 142, Kraków, s. 114.
• [43] Vodnik D., Kastelec D., Pfanz H., Macek I., Turk B., 2006 - Small-scale spatial variation in soil CO2 concentration in a natural carbon dioxide spring and some related plant responses. Geoderma 133, s. 309-319.
• [44] Wang S., Jaffe P. R., 2004 - Dissolution of a mineral phase in potable aquifers due to CO2 releases from deep formations; effect of dissolution kinetics. Energy Conversion and Management 45, s. 2833-2848.
• [45] Wei Y., Maroto-Valer M., Steven M. D., 2010 - Environmental Consequences of Potential Leaks of CO2 in Soil. Energy Procedia.
• [46] West J. M.,Mc Kinley I. G., Palumbo-Roe B., Rochelle C. A., 2010 - Potential impact of CO2 storage on subsurface microbial ecosystems and implications for groundwater quality. Energy Procedia, 2010.
• [47] West J. M., Pearce J., Bentham M.,Maul P., 2005 - Issue Profile: Environmental Issues and the Geological Storage of CO2. European Environment 15, s. 250-259.
• [48] West J. M., Pearce J. M., Coombs P., Ford J. R., Scheib C., Colls J. J., Smith K. L., Steven M. D., 2009 - The impact of controlled injection of CO2 on the soil ecosystem and chemistry of an English lowland pasture. Energy Procedia 1, s. 1863-1870.
• [49] Wigand M., Carey J. W., Schutt H., Spangenberg E., Erzinger J., 2008 -Geochemical effects of CO2 sequestration in sandstones under simulated in situ conditions of deep saline aquifers. Applied Geochemistry 23, s. 2735-2745.
• [50] Xu T., Apps J. A., Pruess K., 2005 - Mineral sequestration of carbon dioxide in a sandstone-shale system.Chemical Geolology 217, s. 295-331.
• [51] Zheng L., Apps J. A., Zhang Y., Xu T., Birkholzer J. T., 2009 - Reactive transport simulations to study groundwater quality changes in response to CO2 leakage from deep geological storage. Energy Procedia 1, s.1887-1894.
• [52] Zoback M. D., Zinke J. C., 2002 - Production-induced normal faulting in the Valhall and Ekofisk oil fields. Pure and App. Geophys. 159, s. 403-420.