A Magyar Tudományos Akadémia folyóirata. Alapítva: 1840
 

KEZDŐLAP    ARCHÍVUM    IMPRESSZUM    KERESÉS


 A  CCS-PROJEKT REALITÁSA A HAZAI OLAJIPAR SZEMPONTJÁBÓL

X

Kubus Péter

tanácsadó, MOL Nyrt. Kutatás-Termelés Divízió • pkubus(kukac)mol.hu

 

A Földön az elmúlt évszázadban történt CO2-kibocsátás hatására jelentősen nőtt az atmoszférában az üvegházhatást keltő CO2-gáz koncentrációja. A légkör CO2-koncentrációja 1960-ban 315 ppm volt, manapság pedig több mint 370 ppm, és folyamatosan növekszik. Ez a cikk megpróbálja bemutatni a klímaváltozás hátterét és egy lehetséges módját annak, hogy miként lehetne a CO2-emissziót csökkenteni egy újfajta technológia, a CCS, azaz a szén-dioxid-leválasztás és -tárolás megvalósításával. A MOL számára a meglévő geológiai formációk, rezervoárok lehetőséget adhatnak a saját vagy más részére történő szén-dioxid elhelyezésére.


A klímaváltozás háttere − Vosztok-projekt


Az Antarktisz jege alatt 140 édesvizű, nagy kiterjedésű tó közül az egyik az Ontario-tóval közel azonos méretű Vosztok-tó. 1998-ban egy orosz−amerikai−francia projekt az orosz Vosztok-állomásról 3623 m mélységű jégmagot fúrt. A jégbe befagyott légbuborékok a mélységgel arányosan mutatják az akkori földtörténeti időszakban lévő atmoszféra összetételét.

A Vosztok-projekt kutatási eredményei (Barnola et al.) szerint az elmúlt 400 ezer évben erős összefüggés mutatkozott az Antarktisz hőmérséklete és az atmoszféra CO2-koncentrációja között (1. ábra). Az antarktiszi légkör CO2-koncentrációja 180 és 300 ppm között ingadozott kb. 100 ezer éves intervallumokban, és sosem volt olyan magas a CO2-koncentráció, mint manapság.

A 2. ábrán látható, hogy az atmoszféra szén-dioxid-koncentrációja a Mauna Loa Obszervatórium mérései szerint 50 év alatt 315-ről 390 ppm-re nőtt, s ez a jelenlegi energiafogyasztási trend mellett évi 2 ppm-mel növekszik!

Több egymást kiegészítő módszer is létezik, melyekkel a klíma CO2-terhelését együttesen csökkenthetjük, s ezek egyike a CCS (Carbon Capture and Storage) eljárás.


CCS, szén-dioxid-leválasztás és -tárolás


A CCS-technológia gyakorlatilag három egymáshoz kapcsolódó projektből áll:

CO2-leválasztás: Egy vegyipari technológiával leválasztják a legnagyobb emissziós tevékenységű erőművek füstgázának szén-dioxid-tartalmát, vízmentesítik, és sűrítik a szállításnak megfelelő nyomásszintre. Attól függően, hogy a CO2 befogása az adott erőműi folyamat előtt vagy után történik, megkülönböztetjük a pre-combustion és a post-combustion technológiát, illetve az oxifuel megoldást, amelynél tiszta oxigénben történik az erőműben a tüzelőanyag elégetése.

Szállítás: A sűrített CO2-t a tárolópontig szállítják. Ez történhet tengelyes szállítással, hajóval és csővezetékkel, vagy akár ezek kombinációjával. A szállításhoz biztosítani kell a teljesen vízmentes CO2-t, amihez a Capture-technológián egy glikolos szárítón kell átvezetni a CO2-áramot, s biztosítani kell a vezetékes szállításhoz, hogy a CO2 a lehető legkisebb fajlagos térfogatú legyen, azaz cseppfolyós halmazállapotúnak kell lennie. Ez a gáz sűrítésével érhető el. Hogy a tárolói fogadóponton is megmaradjon a cseppfolyós állapot, az indítási pontnál 100 bar körüli nyomáson kell feladni a csővezetékbe a CO2-t.

CO2-tárolás: A föld alatti gáztároláshoz hasonló módon egy alkalmas föld alatti rezervoárba történik a CO2 besajtolása több mint 1000 m mélységben, s ott biztonságos és tartós a tárolása.


A CO2 geológiai tárolása


A szén-dioxid föld alatti geológiai formációkban a világban számos helyen megtalálható természetes módon, például a magyarországi Budafán is. A CO2 a kőolaj- és földgáztelepekhez hasonló módon üledékes kőzetekben csapdázódik.

Geológiai, föld alatti tárolás szempontjából az alkalmazható CO2-tárolási alternatívák: a sós víztestek, a szénhidrogénmezők és a széntelepek.

Mély, sós vizekben történő tárolás • A tárolásra alkalmas víztestek tipikusan 800 m-nél mélyebben fekszenek, és nem édesvizet tárolnak. A sósvizű rezervoárok nem eléggé ismertek számunkra, a magyarországi tárolási potenciál meghatározására csak nagyon durva becsléssel lehet élni. A tárolási potenciál magas kutatási költségekkel határozható meg egzakt módon, 3-dimenziós szeizmikus mérések és kutatófúrásokból vett magminták elemzése alapján készített rezervoármechanikai tanulmányokkal. A költségek és a módszerek hasonlóak azokhoz, amelyeket a szénhidrogén-kutatásnál alkalmazunk. A sós víztestben történő tárolás potenciálja Magyarországon egy nagyságrenddel nagyobb lehet, mint a szénhidrogéntelepekben.

A mély, sósvizes tárolókat figyelembe véve. CO2-tárolásra leginkább alkalmasnak tűnő geológiai képződmény az ún. Szolnoki Formáció (lásd a 2. ábrát Falus György és munkatársai e cikkgyűjteményben közölt tanulmányában), melynek a becsült tárolási potenciálja 2500 Mt (viszonyítás végett: a legnagyobb hazai kibocsátó évi kb. 5 Mt szén-dioxidot enged a levegőbe). A tárolókapacitás becslésekor csak a 800 méternél mélyebb és megfelelő fedőkőzettel borított területet vettük figyelembe. A potenciális CO2-forrás a Mátrai Erőmű lehet.

Leművelésre alkalmatlan széntelepekben történő tárolás • A besajtolt CO2-gáz a szén pórusainak felületén adszorbeálódva kötődik, illetve a repedésekben található meg. Magyarországon számos le nem művelhető széntelep található. A felső miocén lignitformációk potenciális CO2-tárolóknak néznek ki, mivel nagy kiterjedésűek és tektonikailag nyugodtak, de az adszorpciós képességük nem elég jó, mivel a CO2 megkötése csak a mezo- és makropórusokban történhet. Ezért ezt a tárolási módot nem tartjuk megfelelőnek.

Tárolás leművelt olaj- és földgáztelepekben • Ezek a geológiai formációk évmilliókon keresztül bizonyították, hogy képesek olajat és földgázt tárolni, ezért a CO2 tárolására történő felhasználásuk komoly potenciált jelent.

A Magyar Állami Eötvös Loránd Geofizikai Intézet és a MOL közös kutatási programja alapján (Kubus, évszám nélkül) megtörtént a meglévő olaj- és gázmezők pórustérfogatának és lehetséges tárolókapacitásának geológiai szempontú felmérése, viszont a tárolás műszaki megvalósíthatóságát csak néhány mező esetében vizsgáltuk részletesen. 180 olaj- és gázmező volt bevonva a volumetrikus tárolási potenciál számításába. A CO2-tárolási potenciál számításához nem megfelelőek azok a tárolók,

• amelyeket manapság földgáztárolás céljából vizsgálunk,

• amelyek kevesebb mint 1 Mt CO2 tárolására alkalmasak,

• amelyek sűrűn lakott területek alatt helyezkednek el.

A fentiek alapján csak huszonhat rezervoár maradt, amelyek geológiailag alkalmasak lehetnek a CO2 tárolására, ezek maximális tárolási kapacitása 430 Mt, viszont az elkövetkező tíz évben csak kb. 155 Mt elhelyezésére alkalmas tárolótér lesz elérhető, mivel a többi rezervoárból még tovább folyik a szénhidrogén termelése.

További műszaki megvalósíthatósági vizsgálatoktól függően a valós teljes tárolási potenciál sokkal kevesebb is lehet, mivel a leművelt tárolókban lévő kutak műszaki állapota nem mindig olyan, hogy a geológiailag megfelelő tárolót alkalmassá lehetne tenni a CO2 biztonságos tárolására.

Alapvetően igaz, hogy a hazai leművelt gázmezők külön-külön átlagosan 10 Mt tárolási volumennél többet nem tudnak befogadni, ezért ezek a mezők csak kisebb leválasztott mennyiségek

 

tárolására alkalmasak. Gyakorlatilag évi 1 Mt alatti CO2-leválasztás esetén lehetnek célmezők a tárolásra. Ennél nagyobb éves leválasztás esetén a mély, sósvizes tárolóterek alkalmasak a hosszabb besajtolási időszakú betárolás megvalósítására.


A CO2-tárolás veszélyei


A CO2 föld alatti tárolásának veszélyei:

• CO2-szivárgás a felső rétegek felé, illetve az atmoszférába;

• kisebb szeizmikus aktivitás, nyomásváltozás és a tárolóbeli feszültségváltozások kisebb földrengéseket, vetőket és a repedések újraaktiválódását hozhatják létre;

• földmozgás, süllyedés vagy feltolódás a rezervoárbeli nyomásváltozás hatására;

• formációvíz átáramlása egy nyitott rezervoárból egy másik formációba, esetleg édesvíztároló rétegbe.


A CO2-szivárgás a legfontosabb rizikófaktor


Jó csapdázódási mechanizmus és vastag fedőkőzet a CO2-tárolás szempontjából magasabb biztonságot jelenthet. CO2-szivárgás létrejöhet a fedőkőzet alkalmatlansága miatt, amelynek meg kellene védenie a felsőbb rétegeket a CO2 felfelé migrálásától, illetve az öreg kutakon keresztül, ha nincsenek megfelelő módon ledugózva vagy felszámolva.


Kockázatok csökkentése


Mezőkiválasztás • A jó rezervoárparaméterek már fél sikert jelentenek a kockázat csökkentésében. A legfontosabb feltétel, hogy a rezervoár megfelelő (jól záró és jó geológiai és hidrodinamikai stabilitású) fedőkőzettel legyen borítva. Természetesen nagy mennyiségű CO2 tárolásához fontos a nagy rezervoártérfogat, a nagy permeabilitás, a relatíve kis hőmérséklet és a nagy nyomás.

A CO2 szuperkritikus vagy cseppfolyós állapotban a legkisebb térfogatot veszi fel, így ezen feltételek mellett érdemes betárolni. Ehhez legalább 80 bar nyomást kell fenntartani és minél kisebb hőmérsékletet, mivel a folyadékállapot csak 36 oC alatt alakítható ki. Persze efölötti hőmérsékleten, szuperkritikus állapotban is jól tárolható, amihez nagyobb nyomás szükséges.

Kútállapotok • Tökéletes kútkiképzéssel erősen csökkenteni tudjuk a tárolóból történő szivárgás veszélyeit. A CO2-t besajtoló kutak kialakításához új kutakat kell fúrni, és CO2-rezisztens cementezést kell alkalmazni.

Tudjuk, hogy a szén-dioxid a hagyományos olajipari cementet degradálja, vizes közegben a szénacél béléscsövek és termelőcsövek súlyvesztéses korrózióját okozza, a meglévő kutak szénacélcsövei pedig hagyományos olajipari cementtel készültek. Ennek megfelelően ezeket a kutakat úgy kell biztonságba helyezni, hogy sem az eredeti kútlétesítéskor használt csövek, sem pedig az azok cementezésére használt hagyományos portlandcement ne kerüljön kapcsolatba a betárolt szén-dioxiddal. Ezért a szénhidrogénmezők esetén az öreg kutakat a tároló kialakításának elején fel kell számolni, ill. biztonságba kell helyezni.

Az öreg kutak biztonságba helyezésénél a béléscsövön szekciómarást kell végezni úgy, hogy a kimart szakasz teteje a céltelep fedőjében, alja a céltelep feküjében legyen. A céltelep fedőkőzete fölötti első számottevő zárókőzetben történjen új szekciómarás és bővítés az érintetlen kőzetig, majd cementdugózás.

A monitoringrendszer részét képező megfigyelőkutak esetében is újak létesítése ajánlott, bár lehet köztük esetleg már meglévő kút is, feltéve, hogy a kút műszaki állapota tökéletes. Abból a tényből kiindulva, hogy a magyarországi meglévő kútállomány jó része öreg és csak rendkívül kis részük CO2-álló cementezésű, ráadásul egyikben sincs CO2-rezisztens béléscső, kényszerűen a besajtoló- és a megfigyelőkutaknak egyaránt újaknak kell lenniük. A tároló üzemeltetése végén, amikor az feltelt, az összes besajtolókutat is ajánlott felszámolni.


CO2-tároló rezervoár monitoringrendszere


A tárolóhelyen történő monitoringrendszer kialakítása a kockázatkezelés rendkívül fontos része. A monitoring kialakításának elsődleges célja az emberi élet biztonsága. A monitoringrendszer által hitelesíteni lehet a betárolt CO2 mennyiségét és a csapdázódási mechanizmust, továbbá a rendszer a tároló sérülése esetén biztosíthatja a korai riasztást.

Az egzakt rezervoár monitoring végrehajtása céljából erősen ajánlott a 4D szeizmikán alapuló modell kialakítása. Ez gyakorlatilag a 3D szeizmikus mérés megfelelő időközönkénti ismétlése és összevetése az előző mérésekkel. A mai, modern űrtechnika korában a műholdas helymeghatározás úgyszintén tökéletes és költséghatékony módja annak, hogy nyomon lehessen követni a besajtolt CO2-test mélybeli elhelyezkedését a felszín kismértékű morfológiaváltozásából. Ezeket a monitoring módszereket alkalmazzák az algériai in-szaláhi (In Salah) gázmezőből leválasztott és besajtolt CO2-test megfigyelésére (Monitoring CO2…, évszám nélkül).


Összefoglalás


Az eddigi vizsgálataink alapján Magyarországon az 1 Mt/év leválasztásnál kisebb volumen esetén vannak olyan leművelt szénhidrogénmezők, melyekben alkalmasint ki lehet alakítani a CO2-tárolást, viszont az efeletti mennyiségek esetén mindenképpen a mély, sósvizes tárolóterek jöhetnek csak szóba.

Az ilyen aquiferben történő tárolásnál a projekt kivitelezése előtt a céltároló rétegnél meg kell valósítani egy (3D szeizmikán és kutatófúrásokon alapuló) geológiai kutatási programot, mellyel el lehet dönteni, hogy az adott aquifer alkalmas-e a CO2 hosszú távú biztonságos tárolására vagy sem. Ehhez természetesen megfelelő anyagi háttér kell, amely kockázati tőke, hiszen a kutatási eredmények szélső esetben azt a választ is adhatják, hogy a mélybeni szerkezet nem megfelelő a tárolásra. Az anyagiakon kívül szükség van még állami elhivatottságra és olyan törvényi háttérre is, amely egyértelműen szabályozza a föld alatti CO2-tárolás körülményeit és a tárolás befejezése utáni időszakra vonatkozó felelősséget.

Gazdaságossági vizsgálataink alapján 100 EUR körül mozog 1 tonna CO2 leválasztásának és elhelyezésének költsége. A CO2-kvóta jelenlegi (20 EUR körüli) árát tekintve egy ilyen CCS-projektet külső támogatások nélkül nem lehet veszteség nélkül megvalósítani. Az Európai Unió 2010-ben kiírt egy pályázatot tizenkét európai demonstrációs CCS-projekt támogatására, aminek a klímára gyakorolt hatása kismértékű, de forradalmi és iránymutató lehet.
 



Kulcsszavak: CO2-leválasztás, CO2-tárolás, olajipar, klímaváltozás, aquifer, mély, sósvizes tároló, leművelt szénhidrogénmező, monitoring, CO2-kvóta
 


 

IRODALOM

Barnola, J.-M. – Raynaud, D. – Lorius, C. – Barkov N. I.: Historical Carbon Dioxide Record from the Vostok Ice Core. • WEBCÍM >

Kubus Péter: CO2 Storage Possibilities in Hungary. • WEBCÍM >

Monitoring CO2 Underground in In Salah • WEBCÍM >

Tans, Pieter: Atmospheric CO2 at Mauna Loa Observatory •   WEBCÍM >


 

 

1. ábra • A CO2-koncentráció (fent, a térfogat milliomod részében megadva)

és a hőmérséklet ingadozása (lent) az elmúlt 400 ezer évben az antarktiszi jégmagminta alapján <
 


 

 

2. ábra • A légköri CO2-koncentráció változása az elmúlt ötven évben

a Mauna Loa Obszervatórium (Hawaii) felett <