1. KUTATÓ TEAM: KTeam1

Team vezető: Dr. Tóth Anikó, PhD

Kutatási téma: A geotermikus energiatermelés felszín alatti környezetbiztonságával kapcsolatos kutatások

 

Projekt tevékenységek

 

Kutatási tevékenység

A pályázat szempontjából hangsúlyozni kívánjuk, hogy geotermikus energia felhasználás alatt a földkéreg mélységi zónájából (2000 m-nél mélyebb) származó energia felhasználást értjük, és nem a szondás, illetve hőszivattyús földhő hasznosítást.

A geotermikus energia kiaknázása alapvetően két formában történhet.

Az egyik megoldás a mélyszintben található jó vízadó képességű meleg, illetve forró vizek minél magasabb hőmérsékleten történő kitermelése, lehetőleg kaszkád rendszerű hasznosítása, majd a lehűlt rétegvíz a forrásrétegbe történő visszasajtolása. A vízvisszasajtolás elengedhetetlenül szükséges a réteg nyomásenergiájának fenntartása érdekében. Ez a megoldás lehetővé teszi a vízzel kitermelt hőenergia hasznosítását, ugyanakkor a többé, kevésbé zárt rendszer miatt, biztosítja, hogy a mélyszinti vizek ásványanyag tartalma ne szennyezze sem a felszíni vizeket sem a talajt, és ne okozzon környezetkárosítást.

A geotermikus energiatermelés másik lehetséges módszere a forró száraz kőzetekből való geotermikus energiatermelés. E módszer lényege, hogy egy megfelelően magas hőmérsékletű nem porózus és permeábilis tulajdonságokkal rendelkező (így víztermelésre képtelen) kőzetrétegben mesterségesen kel létrehozni egy olyan pórustérfogattal és premeabilitással rendelkező, repedést, vagy repedés rendszert amelyben felszínről besajtolt nagymennyiségű hideg, alacsony hőmérsékletű víz a rétegben tartózkodás alatt megfelelően felmelegszik és egy termelőkúton kitermelhető. A geotermikus energiatermelés másik lehetséges módszere a forró száraz kőzetekből való geotermikus energiatermelés. E módszer lényege, hogy egy megfelelően magas hőmérsékletű nem porózus és permeábilis tulajdonságokkal rendelkező (így víztermelésre képtelen) kőzetrétegben mesterségesen kell létrehozni egy olyan pórustérfogattal és premeabilitással rendelkező, repedést, vagy repedés rendszert, amelyben felszínről besajtolt nagymennyiségű alacsony hőmérsékletű víz a rétegben tartózkodás alatt megfelelően felmelegszik és egy termelőkúton kitermelhető. Megfelelő tervezés és megvalósítás esetén ez a rendszer elegendő mennyiségű és hőmérsékletű meleg vizet szolgáltathat egy elektromos áramot termelő erőmű számára, amely gazdaságossági megfontolások miatt még kaszkádrendszerben hasznosítható, majd újra besajtolható a mesterségesen kialakított repedésrendszerbe.

Bármelyik geotermikus energiatermelő eljárást alkalmazzák mindenképpen kutak kell fúrni a célrétegre, amelyen fluidum és hőáramlás lesz. Az geotermikus kutak a hő terhelésnek hatására a kutak lefúrásakor a rétegek izolációjára alkalmazott cementanyagok a kutak működése alatt tönkre mehetnek, és a tönkrement cementpalást mögött a korábban izolált rétegek között fluidum áramlás indulhat meg. Az ellenőrizetlen fluidum áramlás (víz, gáz) az ivóvíz bázisként szolgáló rétegeket is veszélyeztetheti.

A projekt keretében létrehozandó KTeam1 kutató csoport a geotermikus energiatermelés környezeti kockázatait, egy, a tervezéshez szükséges új matematikai modell megalkotását vizsgálja. A projekt keretében a következő alapkutatási és célzott alapkutatási témák előkészítését, illetve elkezdését tervezzük.

1.     A mélyszintről termelt ásványi anyagokban gazdag víz a kútban felszállva lehűl és nyomása csökken. A hőmérséklet és a nyomás csökkenésének hatására a hévízből gázok és oldott ásványi sók vállnak ki. Ezen anyagok környezetre gyakorolt hatását és hosszú távú felszíni elhelyezésének, illetve a visszasajtolás problémáinak vizsgálata. Meghatározandó az a mélységtartomány ahol a kiválások megtörténhetnek, illetve vizsgálandók kiválás megakadályozására szolgáló módszerek.

2.     E tématerülethez tarozik a kitermelt rétegvízből kiváló ásványi anyagok mennyiségi meghatározása a bennük található hasznos elemek kinyerési és hasznosítási lehetőségeinek vizsgálata.

3.     Környezetvédelmi szempontból stratégiai kérdés a geotermikus kutakban létrejövő hőmérsékletváltozás és fluidum áram okozta korrózió hatására a kút szerkezetben bekövetkező elváltozások, sérülések keletkezésének vizsgálata, különös tekintettel az egyes víztartó rétegek egymástól való izolációjának fenntartására. Meghatározandók azok a kritériumokat, amelyek betartása mind a geotermikus kutak kiképzése, mind azok működtetése alatt biztosítják azt, hogy a kőzetrétegek izolációja megmaradjon, és így a kút körül ne következzen be olyan áramlás, amely veszélyeztetné a magasabb szerkezeti helyzetben lévő esetlegesen ivóvíz céljaira is felhasználható vizek minőségét.

4.     A geotermikus kutak tervezéséhez megbízható üzemeltetéséhez szükséges számítások számos kőzetparaméter ismeretét igénylik. Ehhez a fúrásokból vett magminták laboratóriumi vizsgálatára van szükség. Tekintettel arra a kőzetek ilyen jellegű paraméterei nem állnak rendelkezésre ezek kutatása, meghatározása a mérési adatok adatbázisba rendezése célzott alapkutatási témának tekinthető. Ezen belül vizsgálni tervezzük a vízből kiváló ásványi anyag lerakódás hővezető képességét, fajhőjét, porozitását. Továbbá azt hogy a hőmérséklet változása milyen módon befolyásolja a kőzetparaméterek elsősorban a hővezetőképesség értékét.

A fenti alapkutatási és célzott alapkutatási témák megalapozásához pilot kutatási programokat indítunk.

 

 

1. Geotermikus pilot kutatási tevékenység

Az geotermikus kutak nagy hő fluidum terhelésnek vannak kitéve, aminek eredményeként a kutak lefúrásakor a rétegek izolációjára alkalmazott cementanyagok tönkre mehetnek, és a tönkrement cementpalást mögött a korábban izolált rétegek között fluidum áramlás indulhat meg. Az ellenőrizetlen fluidum áramlás (víz, gáz) az ivóvíz bázisként szolgáló rétegeket is veszélyeztetheti.

A pilot program keretében olyan komplex laboratóriumi vizsgálati eljárást megalapozását tervezzük amely, lehetőséget biztosít a rétegek izolációját biztosító cementpalást illetve cementkő izoláció szempontjából fontos tulajdonságainak meghatározására.

Néhány cementminta segítségével doktoranduszok és hallgatók bevonásával megvizsgáljuk a cementkövek hőállóságát, a cementkövek petrofizikai és hővezetési tulajdonságait, amelynek eredményeit külső kutatás-fejlesztési szolgáltatásként beszerzendő komplex adatbázisrendszer bemenő adatául szolgálhatnak.

Megkezdjük egy olyan kőzetből, cementpalástból és acélcsőből álló komplex laboratóriumi minta tervezését, illetve elkészítését, amelyen laboratóriumi illetve rétegkörülmények között fizikai modellen vizsgálható a rétegek izolációját biztosító rendszer tönkremenetele.

Kísérleti vizsgálatokat végzünk az elsőként elkészülő komplex kőzetmodellen, modelleken.

 

2. Geotermikus pilot kutatási tevékenység

A vízkivétellel járó geotermikus energiatermelés, illetve a CO2 földalatti geológiai formációban történő tárolásának hatékonyságát és biztonságát nagymértékben növelheti, ha mind a termelő kutak mind a besajtoló kutak és a porózus rétegek közötti felületet megnöveljük. A felület növelése adott besajtolási, vagy termelési nyomásviszonyok között a kutak nagyobb besajtoló/termelőkapacitását eredményezi, illetve az adott mennyiségek termelését/besajtolását alacsonyabb nyomások alkalmazása esetén is lehetővé teszi.

A kutak és a rétegek közötti felületnövelés a szénhidrogén ipari gyakorlatban vízszintes (rétegdőlés irányú) kutak fúrásával, illetve a társadalom körében kevésbé elfogadott rétegrepesztéssel történik. A rétegrepesztés környezeti hatásainak csökkentése, esetleg a technológia kiküszöbölése, nagymértékben növelhetné a környezet biztonságát mind a CO2 kutak mind a geotermikus kutak esetében.

A pilot projekt célja egy jelenleg alapkutatás szintjén, illetve technológiai fejlesztés elején járó lézeres fúrástechnológia alkalmazhatóságának elméleti és gyakorlati vizsgálata doktoranduszok és hallgatók bevonásával, amelyhez szükséges külső kutatás-fejlesztési szolgáltatásként a megfelelő porózus minták, modellek beszerzése.

A pilot program keretében elméletileg vizsgálni kell, hogy az esetlegesen irányított lézeres fúrási technológiával a termelő/besajtoló kútból történő nagyobb számú és a perforációs csatornák átmérőjénél nagyobb átmérőjű vízszentes csatornák létrehozásával mekkora felület alakítható ki. Az így kialakított felület hogyan befolyásolja a kutak termelő és besajtoló képességét.

A pilot program keretében megvizsgáljuk, hogyan befolyásolja a lézeres fúrási technológia a fúrással érintett kőzetek folyadékvezetési tulajdonságait, illetve azt hogy lézeres technológia alkalmazásával, lehetséges-e fluidum, illetve gázbeáramlás blokkolása.

 

 

2. KUTATÓ TEAM: KTeam2

Team vezető: Jobbik Anita

Kutatási téma: A széndioxid geológiai formációkban történő elhelyezésének környezetbiztonságával kapcsolatos kutatások

 

Projekt tevékenységek

 

 

Kutatási tevékenység

Az elkövetkező évtizedekben az Európai Uniónak és Magyarországnak is a fenntartható fejlődés, valamint a környezet védelme érdekében jelentősen csökkentenie kell a széndioxid és az úgy-nevezett üvegházhatást okozó (Green House Gas) gázok kibocsátását. A CO2 kibocsátás csökkentésének egyik lehetséges módja koncentráltan keletkező széndioxid befogása és geológiai formációban történő tárolása.

A projekt célja a CO2 és GHG gázok geológiai formációkban történő elhelyezésének a környezetbiztonságát megalapozó, illetve biztosító alapkutatások előkészítése. Hálózat építés az Európában eterületen működő kutatócsoportokkal (Európai Pilot projektek), illetve vállalkozásokkal.

Magyarország geológiai adottságait figyelembe véve CO2, illetve a GHG gázok geológiai formációkban történő tárolására két biztonságosnak látszó lehetőség kínálkozik, CO2 tárolása a már letermelt, vagy kimerülőben lévő kőolaj- és földgáztelepekben; a sós vizet tartalmazó mélyszinti rétegekben. A gazdaságosság szempontjából és a környezetvédelem szempontjából is célszerű lenne a kimerülőben lévő szénhidrogéntelepek magas költségű felszámolása helyett a CO2 és üvegházhatást okozó gázok hosszú távú biztonságos tárolására használni.

A korábbi kutatások azt mutatják, hogy nagy mennyiségű CO2 tárolása a már kimerült szénhidrogén előfordulások mellett a mélyszinti, 2000 méternél mélyebben lévő, sósvíz tartalmú rétegekben is lehetséges. Ezek a mélyszinti rétegek nem érintik az ivóvíz bázisul szolgáló rétegeket, ezért CO2 tárolásra is felhasználhatók.

A széndioxid geológiai tárolókban felhagyott szénhidrogéntelepekben, illetve sósvizes rétegekben történő tárolása csak az adott rétegekre mélyített kutakon keresztül történhet. Környezetvédelmi szempontból stratégiai kérdés, CO2 újbóli felszínre kerülésének megakadályozása. A CO2 újbóli felszínre kerülése egyrészt a besajtoló kutak nem megfelelő kivitelezésének következtében előálló kúthibákon, valamint az átfúrt rétegek kommunikációját megakadályozó cementpalást sérüléseken, illetve a széndioxid tárolót fedő kőzeteken keresztül történő migrációjával lehetséges.

A projekt keretében létrehozandó KTeam2 kutató csoport a CO2 geológiai formációkban történő elhelyezésének környezet biztonsági kérdéseinek, ennek alapján egy, a tervezéshez szükséges új matematikai modell megalkotásának vizsgálatához a következő alapkutatási és célzott alapkutatási témák előkészítését, illetve elkezdését tervezzük.

1.   A széndioxid és a mélyszinti rétegek kőzeteinek és rétegtartalmak kölcsönhatásának vizsgálata. Ahhoz, hogy a mélyszinti porózus permeábilis geológiai formációkba besajtolt CO2 áramlási viszonyait viselkedését megismerjük elméleti megfontolásokra és laboratóriumi modell kísérletek szükségesek. A laboratóriumi modell kísérletek és az elméleti alapkutatások eredményei nagymértékben hozzájárulhatnak egy biztonságos CO2 tárolási technológia kidolgozásához.

2.   A mélyszinti széndioxid tárolásra használt rétegek biztonságos lezárása, monitorozása. Tekintettel arra, hogy CO2 geológiai formációkban történő tárolása csak a formációkra mélyített kutakon keresztül történik gondoskodni kell arról, hogy ezekben a kutakban, illetve a kutak környékén semmilyen szándioxid szivárgás ne legyen, azaz a technológiai rendszer beleértve, a CO2-töt a helyszínre szállító csővezetékkel együtt tökéletesen zárjon. A tökéletes zárás alatt az értjük, hogy a letárolt széndioxid sem a besajtolás alatt, sem a tárolási időszakban sem a kúttal harántolt rétegek között, sem a felszín felé ne áramolhasson, migrálhasson. Ezért egyrészt olyan biztonságos kútkiképzési technológiára, van szükség, amely ezt hosszú távon biztosítja, a biztonság érdekében ezeket a kutakat, illetve környezetüket folyamatosan monitorozni kell.

3.   A biztonságos tárolás szempontjából fontos olyan alapkutatások illetve célzott alapkutatások előkészítése is amelyek alkalmasak arra, hogy a széndioxid kutak körüli technikai baleset, rétegek izolációjának megszűnése miatti, vagy rétegek közötti migráció okozta széndioxid áramlást korlátozzák vagy meggátolják. Fel kell készülni, arra hogy az esetleg maximális biztonság mellett is lehetnek technológiai balesetek, ezért ki kell dolgozni olyan eljárásokat, amelyek segítségével a CO2 áramlása biztonságosan megszüntethető, akár a geológiai formációban.

4.   A biztonságos tárolás mellet szükség van arra is, hogy a tárolás biztonságáról a helyi lakosságot illetve a társadalmi nyilvánosságot meggyőzzük. Ezért a műszaki szakembereken, (pl olaj és gázmérnök, geofizikus, gépészmérnök, villamosmérnök és informatikus mérnök, matematikus), kívül olyan szakemberekre is szükség van, akik feltudják mérni a közvélemény CO2 tárolással kapcsolatos véleményét, és meg tudják győzni, megfelelően kommunikálni tudják a tárolás tényleges biztonságosságát.

A fenti alapkutatási és célzott alapkutatási témák megalapozásához pilot kutatási programokat indítunk.

1. Széndioxidos pilot kutatási tevékenység

A magyarországi geológiai viszonyok között a legnagyobb mennyiségű széndioxidot a mélyszinti sósvizes tároló rétegekben lehetne elhelyezni. Azonban ezen rétegek fizikai tulajdonságairól a tárolási kapacitást döntően befolyásoló pórustérfogatáról, a formációkban lévő rétegvizek tulajdonságiról kevés információval rendelkezünk. Ezen a területen is szükséges lenne az esetlegesen ilyen mélyszinti rétegekből származó kőzetminták úgynevezett petrofizikai tulajdonságainak (porozitás, permeabilitás, pórustorok méret eloszlás, kapilláris tulajdonságok) meghatározására.

A pilot program elkészítjük egy olyan egy komplex adatbázisrendszer kialakításának koncepcióját, amely a jelenleg nyilvánosan, illetve nem nyilvánosan elérhető mélyszinti sósvíztartalmú kőzetrétegekből származó információkat rendszerezné. Megvizsgáljuk az ilyen rétegekből származó kőzetminták beszerzési lehetőségeit. Kőzetminták rendelkezésre állása esetén doktoranduszok és hallgatók kutatásba történő bevonásával laboratóriumi méréseket végzünk a kőzetminták petrofizikai paramétereinek meghatározására, amelynek eredményeit külső kutatás-fejlesztési szolgáltatásként beszerzendő komplex adatbázisrendszer bemenő adatául szolgálhatnak.

 

2. Széndioxidos pilot kutatási tevékenység

A pilot program célja egy komplex laboratóriumi méréstechnika és mérési eljárás kidolgozása, illetve tesztelése, amely a széndioxid migráció csökkentését vagy megakadályozását célzó rétegkezelési eljárások hatékonyságát, eredményességét laboratóriumi, illetve rétegkörülmények között modellezni képes.

A pilot projekt keretében kidolgozzuk a CO2 migráció gátlás hatékonyságának ellenőrzését lehetővé tevő eljárást, és teszt mérést végzünk a módszer alkalmazhatóságának vizsgálatára doktoranduszok és hallgatók bevonásával, amelyhez szükséges külső kutatás-fejlesztési szolgáltatásként a megfelelő porózus minták, modellek beszerzése.