Stockage géologique du CO2 : capacité de stockage et surveillance des sites
Résumé
Currently, the geological storage of CO2 is heavily studied around the world in order to limit global warming due to the greenhouse effect. The atmospheric CO2, which has been steadily increasing for more than a century, is assumed to be in a large part responsible of this warming. Nowadays, various options have been considering to store CO2 in an underground environment for periods covering several centuries. Among the options, one is to inject it in unexploited coal seams. INERIS are involved in studying this possibility of CO2 geological storage. It may also present in some contexts, an economic interest, if fuel natural gas (methane) is present in coal seams (ECBM: Enhanced CoalBed Methane). The objectives of researches aim at assessing the capacity of storage of coal seams with the characterisation of CO2 sorption onto French coals: sorption capacity and gas transport in coal structure. To determinate this parameters, an experimental work is currently underway in INERIS laboratories. To study the feasibility of CO2 storage in coal seams, experiments of adsorption were performed using gravimetric technique for monitoring the kinetics and capacity of sorption. From our results, equilibrium is reached faster for CO2 sorption than for methane sorption, while the adsorption capacity of CO2 is higher than for the one of methane. During this experimental study, we showed that the gas sorption at coal interfaces is due to a set of complex mechanisms involving a diffusion transfer through macropores and micropores followed by adsorption onto the sites at coal surfaces. Simultaneously, INERIS has developed methods for gaseous phase geochemical monitoring on surface as well as within the cap rock of geological CO2 storage sites. The work undertaken was targeted at two specific approaches: - Early detection (pre-alert), using analysis of gas samples taken from the base of the dedicated boreholes drilled from the surface into the intermediate cap rock strata. - Detecting and quantifying the gaseous flux of CO2 from the ground to the atmosphere. These two approaches were successively developed in the laboratory and then applied and tested in-situ, under conditions that are as close as possible to those of the future storage sites. The tests undertaken on a 200 meter deep borehole have shown that the detection of CO2 leaks passing through the intermediate overburden strata was possible by sampling and continuous analyzing of the gas accumulating at the bottom of the borehole. Good results have especially been obtained when detecting small releases of gas that may represent an early warning sign prior to the appearance of a larger leak. Directly measuring the gaseous flux from the ground is one of the most effective ways to monitor a storage site. The INERIS accumulation chamber method has been improved to measure low and very low fluxes of CO2. It can now be used to measure a wide range of CO2 flux, from very low emissions levels of 0,1 cm3.min-1.m-2 up until extremely high flux rates of some 4,000 cm3.min-1.m-2. These metrological and operational characteristics have been checked and validated by laboratory tests, on a test rig, as well as using in the field measurements at sites that naturally release CO2. The two methods experimented are now operational and available, ready for integration into the surveillance strategy applied to future storage sites. They can be used throughout all of the steps in the life of a storage site: site reconnaissance, establishing the initial state, injection, post-injection phase, and residual monitoring after abandoning the site.
Pour faire face à la problématique du réchauffement climatique résultant, pour grande partie, de l’augmentation de la teneur de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, plusieurs solutions de mitigation sont à l’étude. En complément de la réduction des consommations d’énergie et de l’utilisation des énergies renouvelables, l’une d’entre elles consiste à analyser la possibilité de stocker le CO2 produit par certaines activités industrielles au sein de sites géologiques. Trois possibilités de stockage géologique dans le sous-sol sont envisagées : au sein de réservoirs de gaz/pétrole déplétés, dans les aquifères profonds non valorisables et au sein des gisements de charbon non exploités. Les équipes de l’INERIS sont fortement engagées dans l’étude de cette dernière technique de stockage. Le stockage dans les gisements de charbon permet, en effet, un piégeage difficilement réversible du gaz, ce qui limite la probabilité de fuite. Il peut aussi présenter, dans certains contextes, un intérêt économique, compte tenu d’une possibilité de récupération associée du gaz combustible naturel (méthane) souvent contenu dans les gisements houillers. Les objectifs des travaux de recherche visent notamment à évaluer les capacités potentielles de stockage d’environnements houillers en étudiant particulièrement les phénomènes d’adsorption des molécules de CO2 dans le charbon mais également les conditions de transport du gaz jusqu’aux sites d’adsorption. Une thèse à connotation fortement expérimentale est actuellement en cours sur cette problématique qui s’appuie notamment sur plusieurs programmes de recherche collaborative (programme METSTOR financé par l’ADEME, programme CHARCO financé par l’ANR). Plus transversale, la thématique de surveillance des potentiels futurs sites de stockage (détection de fuite éventuelle vers la surface et en profondeur) couvre l’ensemble des types de stockage géologique les plus étudiés. Bénéficiant d’un retour d’expérience unique de plusieurs décennies dans le cadre de la surveillance des émissions gazeuses d’origine géologique (thématique de la sécurité des mines de charbon assurée par le CERCHAR), l’INERIS développe des outils de surveillance et de mesure du flux gazeux, en surface et en profondeur, qui permettront à terme d’alerter sur un dysfonctionnement éventuel du stockage. Là encore, ces développements s’appuient sur un partenariat fort avec le BRGM, l’IFP, Total, l’INPL, Gaz de France, Schlumberger et Géostock, qui se matérialise au travers de divers projets ANR.
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Origine : Publication financée par une institution