Mitigar y revertir los efectos del cambio climático es el desafío científico más importante que enfrenta la humanidad. El secuestro de carbono describe una gama de tecnologías con el potencial de reducir la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. La mayoría de estos esquemas implican almacenar el gas bajo tierra, sin embargo, esto no está exento de riesgos, y los científicos están preocupados de que el almacenamiento subterráneo pueda conducir a una mayor actividad sísmica (un fenómeno conocido como "sismicidad inducida").
Ahora, investigadores en los EE. UU. y Suiza han estudiado la microsismicidad, los pequeños eventos sísmicos causados por la inyección de carbono en la roca huésped, en el Proyecto Decatur de la Cuenca de Illinois (IBDP) en el medio oeste de los EE. UU. En 2011–2014, el IBDP inyectó un millón de toneladas de CO2 en un depósito subterráneo justo encima de una cuenca cristalina de riolita. Nikita Bondarenko y makhnenko romano en la Universidad de Illinois y Yuri Podladchikov en la Universidad de Lausana han utilizado una combinación de observaciones de campo y simulaciones por computadora para mostrar cómo la microsismicidad en el IBDP depende en gran medida de la estructura a microescala de la roca huésped.
Círculo de Mohr
La base del enfoque de los investigadores es un concepto llamado "círculo de Mohr", que describe el gráfico que se puede dibujar para representar un tensor de tensión. Como parte integral de muchos esfuerzos de geoingeniería, los círculos de Mohr se pueden trazar para describir la respuesta de los suelos, minerales y otros materiales geofísicos al estrés en múltiples direcciones. El objetivo de los investigadores fue desarrollar una comprensión más profunda de la microsismicidad local, considerando solo eventos de magnitud 2.0 o menos en la escala de Richter, durante la inyección de CO2 en el yacimiento de roca IBDP.
Para complementar los cálculos del círculo de Mohr, el grupo ha considerado cómo el CO2 se comporta como un fluido y llena las grietas y poros de la roca huésped. Sus resultados de la observación de la actividad sísmica del IBDP indican que la inyección de CO2 hacia el “sótano cristalino” (la capa de roca debajo de un depósito de sedimentos) puede exacerbar las grietas y fallas existentes, desestabilizando así la cuenca. Además, el agrietamiento inducido por inyección puede ocurrir en la capa rígida directamente sobre el basamento cristalino, también conocida como la "capa competente rígida".
En IBDP, CO2 se inyecta en la unidad inferior de la arenisca del monte Simon dentro de la estratigrafía de la cuenca de Illinois (ver figura). Debido a la presencia de sellos intraformacionales (vetas minerales impermeables en la roca) en el complejo Mt. Simon, el CO inyectado2 afecta las fallas en el basamento cristalino debajo del yacimiento, posibilitando la reactivación de estructuras de fallas que estén favorablemente orientadas.
Efecto poroelástico
Otro fenómeno que debe abordarse durante la CO2 inyección es el efecto pororoelástico, que está relacionado con la presión intersticial y el estrés mecánico. Esta parte del estudio se centró en la arenisca de Argenta y la riolita precámbrica del pozo TR McMillen #2, que se encuentra a 25 km al suroeste del sitio de inyección de IBDP. El objetivo era medir las propiedades poromecánicas del sitio. Se extrajeron núcleos de arenisca de Argenta y riolita precámbrica dentro del rango de profundidad de 1900–2000 m.
Se sabe que la riolita precámbrica, la roca cristalina del basamento, tiene fracturas que permiten la migración interna de fluidos, lo que debilita la roca y reduce su módulo elástico. Se obtuvieron muestras intactas o heterogéneas mediante experimentos a escala de laboratorio en la muestra con un tamaño del orden de 10-100 mm. Las mediciones obtenidas en esta escala minúscula se ejecutaron luego a través del "código numérico hidromecánico completamente acoplado" del equipo, basado en el conjunto de ecuaciones de Biot de derivadas parciales para el fluido y el comportamiento de los poros, para modelar la sismicidad inducida por CO2 inyección en el IBDP.
Modelado numérico
Limpiando el carbono
Además de las mediciones de laboratorio, se realizaron algunos modelos numéricos para relacionar la estratigrafía de la arenisca y la riolita con la microsismicidad que tiene lugar en el sitio de inyección. Los resultados de los estudios sísmicos realizados por el Servicio Geológico del Estado de Illinois muestran una sedimentación desigual en las capas estratigráficas debajo de IBDP, lo que podría provocar un cambio en la tensión dentro de la roca. Además, se midió la resistencia de la roca y la comparación del ángulo de fricción con la línea tangente al círculo de Mohr permitió a los investigadores comprender el umbral para el agrietamiento inducido por la inyección y la falla de la roca. En definitiva, concluyen que la inyección de CO2 es improbable que resulte en una actividad sísmica significativa.
Los investigadores describen sus resultados en Informes científicos, y la conclusión principal de su artículo es que la sismicidad es un fenómeno muy complejo. Las características estratigráficas locales complican el análisis de la sismicidad generada por inyección. Como resultado, el sitio de inyección de IBDP no se puede describir de manera efectiva mediante un solo círculo de Mohr, ni se puede explicar una respuesta microsísmica solo por los cambios en la presión intersticial. El acoplamiento hidromecánico, el flujo bifásico, los efectos estratigráficos y la temperatura deben considerarse como parte del panorama general del perfil de sismicidad del IBDP. De hecho, se debe trabajar más para reconciliar la necesidad de secuestro de carbono con la continua prevalencia de la industria; la sismicidad presagia un peligro para la seguridad, que afecta la percepción de las personas sobre las medidas de secuestro de carbono. Hasta que alcancemos una mejor comprensión de la sismicidad inducida por la inyección de carbono, la mitigación de riesgos es el mejor curso de acción.
