Mayor confianza en el almacenamiento de CO2

La plataforma de perforación a medida se baja por el costado del RRS James Cook. La plataforma está diseñada para empujar la tubería de acero curvada hacia el sedimento del fondo marino. Imagen: Copyright Proyecto STEMM-CCS

Los tanques de suministro de CO2 tuvieron que estar especialmente diseñados para soportar los rigores del Medio Ambiente del Mar del Norte. Imagen: Copyright Proyecto STEMM-CCS

El microperforador mide la química del sedimento a una resolución de micrómetro, insertando lentamente electrodos en los sedimentos durante un período de una hora. Este instrumento nos permite observar incluso los pequeños cambios que ocurren en los sedimentos a medida que el dióxido de carbono se disuelve en los sedimentos. Imagen: Copyright Proyecto STEMM-CCS

Kelvin Boot es un comunicador científico que trabaja con el Laboratorio Marino de Plymouth y actualmente se dedica a la transferencia de conocimientos para el proyecto STEMM-CCS financiado por la UE.

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Si vamos a almacenar grandes volúmenes de dióxido de carbono (CO2) en depósitos de petróleo y gas agotados debajo del fondo marino, debemos asegurarnos de que, en el improbable caso de una fuga, podamos detectarlo. Una expedición de investigación, que lleva a cabo un primer experimento mundial diseñado para desarrollar métodos para la detección y monitoreo de fugas, acaba de regresar del Mar del Norte; Ha sido declarado un gran éxito.

El cambio climático, impulsado por el aumento de los niveles de CO2 en la atmósfera, es ahora un efecto secundario bien establecido de las actividades humanas que está teniendo profundos efectos en los sistemas naturales de la Tierra. Si bien se están haciendo esfuerzos para reducir las futuras fuentes de producción de CO2 relacionadas con el ser humano, como la industria y el transporte, existe una necesidad paralela de evitar que el gas de las actividades existentes entren en la atmósfera. La captura y almacenamiento de dióxido de carbono (CCS), mediante el cual el CO2 está contenido en la fuente, transportado y finalmente almacenado lejos de la atmósfera, es una de esas estrategias. Recuperar el CO2 de donde vino, en las profundidades del lecho marino en depósitos de gas o petróleo agotados, parece una solución lógica, pero hay desafíos. Para generar confianza en este enfoque, una prioridad es poder lidiar rápidamente con cualquier fuga, en caso de que ocurra: detectarla, medir su fuerza y duración, predecir cualquier efecto que pueda tener en el medio ambiente y sellarlo si es necesario.

Investigaciones previas de laboratorio y mesocosmos sobre los efectos del CO2 en la vida marina han demostrado que puede cambiar el pH del agua de mar y crear condiciones localizadas de 'acidificación del océano', que parecen ser perjudiciales para muchos tipos de vida bentónica (fondo marino). Un experimento previo en aguas poco profundas, el proyecto Cuantificación y monitoreo de los posibles impactos en el ecosistema del almacenamiento de carbono geológico (QICS), proporcionó algunas pistas sobre el alcance, la duración y el comportamiento de una columna de CO2 de una fuga simulada, mientras que los estudios en sitios de filtración natural tienen También proporcionó información crucial. Ahora, un experimento más grande ha sido probar métodos, equipos y sensores en condiciones de la vida real en el entorno riguroso del Mar del Norte del Reino Unido.

Recolectando muestras de gas a medida que emergen debajo del sedimento. El uso de un ROV durante esta delicada operación demuestra que incluso las pequeñas fugas pueden tomarse muestras en condiciones difíciles. Imagen: Copyright Proyecto STEMM-CCS

El proyecto Estrategias para el monitoreo ambiental de la captura y almacenamiento de carbono marino (STEMM-CCS) es un proyecto de investigación financiado por Horizon2020 de la Unión Europea. Reúne a investigadores de Alemania, Noruega, Austria y el Reino Unido, junto con el socio de la industria Shell, para desarrollar las técnicas y la tecnología para detectar rastros de fugas de CO2 si ocurren en el medio marino, para observar cómo se comporta el gas en los sedimentos y el columna de agua arriba, y pronostique hasta qué punto se pueden extender las fugas y qué impactos podrían tener, pero esta vez en las condiciones más "reales" posibles. Durante mayo de este año, una expedición de investigación zarpó del Centro Nacional de Oceanografía del Reino Unido en Southampton, a bordo del RRS James Cook. Una vez en la estación, cerca de la plataforma Goldeneye de Shell, aproximadamente a 100 km de la costa de Escocia y a 120 m de profundidad, comenzó el experimento. Se insertó una tubería de forma robótica en el lecho marino, la primera vez que se intentó un experimento de este tipo en profundidad en mar abierto. La tubería de acero curvada de 1,5 cm de diámetro se colocó con éxito dentro del sedimento para garantizar que su salida estuviera a tres metros por debajo de la superficie del fondo marino. Parece simple, pero para lograr esto, Cellula Robotics desarrolló y construyó una plataforma de 'perforación' a medida para empujar la tubería hacia el sedimento. Luego, la tubería se conectó mediante un vehículo operado a distancia (ROV) a un suministro de CO2 en el fondo marino, permitiendo que el gas fluya a través de la tubería hacia los sedimentos. De nuevo, esto suena simple, pero los cilindros de gas especialmente diseñados alojados en una segunda plataforma tuvieron que construirse para resistir el duro ambiente de agua salada del Mar del Norte.

Afortunadamente, las condiciones se mantuvieron en calma durante esta operación y el equipo científico a bordo suspiró aliviado cuando las burbujas de CO2 comenzaron a emerger de debajo del sedimento. La idea era entonces probar qué tan bien podría funcionar un conjunto de sensores, desarrollados y construidos para el experimento.
Se desplegaron instrumentos acústicos y ópticos para detectar el sonido producido por chorros de burbujas o detectarlos con cámaras, mientras que los sensores químicos 'olfatearon' el CO2 y las pequeñas cantidades de trazadores químicos inertes que contenía, permitiendo a los científicos diferenciar esta señal de cualquier CO2 natural. Los ROV y los vehículos submarinos autónomos (AUV) con otros sensores completaron el arsenal de tecnología empleada. El equipo a bordo estaba extremadamente complacido y satisfecho de que los sensores y las herramientas de monitoreo que estaban probando funcionaran mucho mejor de lo esperado. Esto ha dado lugar a cierta garantía de que incluso se pueden detectar emisiones muy pequeñas de CO2 en un sistema marino, tanto en la fase disuelta como en forma de burbujas. Estos resultados han demostrado claramente la utilidad de combinar una serie de enfoques de detección y monitoreo para detectar fugas de los reservorios de CCS.

Un segundo barco de investigación, el RV Poseidon, tripulado por una tripulación y un equipo científico del Centro GEOMAR Helmholtz para la Investigación del Océano en Kiel, Alemania, se encuentra a la vista de la plataforma Goldeneye y el RRS James Cook. Los socios del proyecto STEMM-CCS, el equipo de GEOMAR se dedicaron a estudios más lejanos de monitoreo y línea de base del fondo marino vinculados al experimento, combinando experiencia e instalaciones en todas las naciones europeas.

La pared del hidrófono en el fondo del mar, escucha las burbujas de sonido que hacen al salir del fondo del mar y moverse a través de la columna de agua. Imagen: Copyright Proyecto STEMM-CCS

El profesor Douglas Connelly, el científico del CON que dirigió el proyecto, está encantado con el resultado: “Tres años de arduo trabajo y pensamiento innovador nos han llevado a este emocionante punto en el proyecto STEMM-CCS. Este experimento estuvo tan cerca de una fuga real como podríamos simular y es la primera vez, en cualquier parte del mundo, que se ha intentado. El Mar del Norte puede ser un entorno hostil y conseguir que la tubería llegue al fondo marino, se conecte a un suministro de CO2 y produzca una corriente de gas siempre será un desafío. Este escenario realista fue crítico para que probáramos adecuadamente los sensores que se han desarrollado para brindar tranquilidad en el futuro, que si ocurriera una fuga, podemos detectarla de manera rápida y precisa.

El crucero STEMM-CCS ha sido un éxito increíble, desde un punto de vista técnico. Colocar 3 toneladas de CO2 en el fondo marino y liberarlo de manera controlada 3 m debajo del fondo marino, para demostrar la alta sensibilidad que tiene la nueva generación de sensores marinos para detectar el gas disuelto y burbujeante, no fue una hazaña. El éxito del experimento y el rendimiento de los sensores nos da un cambio radical en nuestra confianza de que en una situación del mundo real tenemos la capacidad de detectar y monitorear el escape de CO2 de los sitios de almacenamiento debajo del fondo marino ”.

Aunque el objetivo final del experimento y el proyecto STEMM-CCS en su conjunto es desarrollar sensores y métodos para detectar y monitorear las fugas de gas en una situación del mundo real, también tiene un aspecto educativo. En vivo desde el crucero, el investigador de posgrado Ben Roche (NOC) compartió la emoción de un crucero de investigación científica, sus desafíos y éxitos con más de 200 estudiantes de escuelas de Southampton, Inglaterra y Gales, a través de enlaces en vivo desde el barco: "Fue muy gratificante charlando con los estudiantes mientras se realizaba la investigación científica, y me fascina ver cómo usan y analizan los datos del mundo real del experimento en sus estudios curriculares ”. Se planea realizar más actividades de divulgación durante el resto del resto del año y todos los detalles del crucero y el proyecto en su conjunto se pueden encontrar en www.stemm-ccs.eu

Sobre el Autor

Kelvin Boot es un comunicador científico que trabaja con el proyecto.