Índice
As alterações climáticas e
a necessidade do armazenamento
geológico de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1. Onde e quanto CO2 podemos injectar?
......................................................6
2. Como podemos transportar e injectar
grandes quantidades de CO2? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3. O que acontece ao CO2 no reservatório
de armazenamento? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4. Pode haver fugas de CO2 do reservatório?
Quais poderão ser as consequências? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5. Como podemos monitorizar o local de
armazenamento? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
6. Que critérios de segurança devem ser
impostos e respeitados? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Glossário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
O que é o CO2GeoNet? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Esta brochura foi produzida com a contribuição do LNEG (Dulce Boavida, Mariana Sardinha, Rita Machado,
Augusto Costa, José Sampaio, Helena Amaral, Susana Machado, Diogo Rosa e Luísa Duarte).
2
Uma visão do futuro
© Sapienza URS
Chega de chaminés a deitar fumo
Um tubo transporta o CO2 e
guarda-o dentro da Terra
É bom para o nosso planeta
Massimo, 10 anos, Roma, Itália
Para as nossas crianças, o armazenamento
geológico de CO2 é uma boa escolha.
3
O que significa realmente o armazenamento geológico de CO2?
As alterações climáticas e a necessidade
do armazenamento geológico de CO2
O homem está a libertar grandes
quantidades de CO2 para a atmosfera
0,028%. No entanto, durante os últimos 250 anos a queima
intensiva de combustíveis fósseis (como o carvão, o petróleo
e o gás) para produção de electricidade, aquecimento, para a
indústria e para os transportes, conduziram a um aumento
do CO2 emitido para a atmosfera (Fig.1). Cerca de metade
das emissões causadas pelos humanos são absorvidas pela
vegetação e dissolvidas nos oceanos, causando acidificação
deste último e os seus efeitos negativos nas plantas e
animais marinhos. As restantes emissões permanecem na
atmosfera: o CO2 ajuda à acumulação do calor que chega à
superfície terrestre a partir do sol, por ser um gás que
contribui para o aumento do efeito natural de estufa,
causando o aumento da temperatura na terra. É preciso agir
imediatamente para parar este ritmo de aumento de
emissões de CO2 para a atmosfera, cuja concentração já se
situa nos 387 ppm (um aumento de 38% relativamente aos
valores pré-industriais), e evitar que atinja o nível crítico de
450 ppm nas próximas décadas. Acima deste nível
especialistas consideram que poderá já não ser possível
evitar as consequências desastrosas do aumento da
temperatura para a vida na terra.
Hoje em dia reconhece-se que as actividades humanas
estão a modificar o ciclo de carbono do nosso planeta. Antes
da revolução industrial, e recuando cerca de 10 000 anos,
este ciclo era perfeitamente regulado, envolvendo a troca
natural de carbono entre a geosfera, a biosfera, os oceanos e
a atmosfera, mantendo um valor de concentração de CO2
atmosférico num nível moderado de 280 ppm, isto é,
© BRGM im@gé
Figura 1: Emissões
globais de 30 Gt de CO2
por ano causadas pelas
actividades humanas,
correspondendo a 8,1 Gt
de carbono: 6,5 Gt
provenientes da queima
de combustíveis fósseis e
1,6 Gt devido à
desflorestação e
agricultura.
O nosso mundo tem sido altamente dependente dos
combustíveis fósseis desde o início da era industrial em
1750, não sendo surpreendente que a transformação da
nossa sociedade numa sociedade baseada em tecnologias
mais sustentáveis implique tempo e dinheiro. São
necessárias soluções a curto termo que nos ajudem a reduzir
a dependência dos combustíveis fósseis, usando-os de uma
forma não poluente numa primeira fase, para que desta
forma tenhamos tempo de desenvolver novas tecnologias e
infra-estruturas que assentem em energias renováveis. Esta
solução consiste na criação de um circuito que permita que o
carbono extraído da terra sob a forma de gás, petróleo e
carvão, seja devolvido à origem sob a forma de CO2. O
armazenamento geológico de CO2 não é uma invenção
humana, mas um processo que ocorre naturalmente e pode
ser verificado em reservatórios existentes há milhares de
milhões de anos. Um exemplo deste processo são os oito
reservatórios naturais de CO2 existentes no sudeste francês,
descobertos durante actividades de exploração de petróleo
nos anos 60 (Fig.2). Tanto estes reservatórios como outros
espalhados um pouco por todo o mundo provam que as
formações geológicas são apropriadas para o
armazenamento geológico de CO2 de uma forma eficiente e
segura, por longos períodos de tempo.
© BRGM im@gé
Figura 2: Localização dos
reservatórios naturais de
CO2 em França
Devolver o carbono à terra
Entre as várias medidas que têm que ser implementadas
4
* Ver glossário no final.
Captura e armazenamento
de CO2 – uma opção promissora
O desenvolvimento mundial da CAC
está em expansão
© BRGM im@gé
urgentemente, de forma a reduzir as alterações climáticas e
a acidificação dos oceanos, a Captura e Armazenamento de
CO2 (CAC) pode desempenhar um papel crucial e contribuir
para a redução de 33% das emissões do total necessário em
2050. A CAC envolve a captura do CO2 em centrais de
produção de energia a gás ou a carvão, ou em instalações
industriais (cimenteiras, refinarias, fábricas de aço e papel,
etc), o transporte do CO2 capturado via pipelines ou navios
para os locais de armazenamento, e a injecção deste em
profundidade em reservatórios geológicos que armazenam o
CO2 por muitos anos (Fig.3). Sob um ponto de vista realista,
em que nos deparamos com o aumento da população e
consequentemente das necessidades energéticas nos
países em desenvolvimento, é inevitável que se continuem a
usar combustíveis fósseis para suprir estas necessidades.
Com a utilização da CAC a humanidade tem a oportunidade
de evoluir de forma ambientalmente positiva, ao mesmo
tempo que faz uma ponte para uma economia mundial
sustentável baseada na produção de energia renovável.
Grandes projectos de investigação de CAC estão a ser
desenvolvidos na Europa, EUA, Canadá, Austrália e Japão
desde os anos 90. Os investigadores têm já alargados
conhecimentos que adquiriram com os primeiros projectos
de demonstração em larga-escala, onde o CO2 tem vindo a
ser injectado em profundidade há já alguns anos, como
acontece em Sleipner na Noruega (com a injecção de cerca
de 1Mt CO2/ano desde 1996) (Fig.4), em Weyburn, no
Canadá (1,8 Mt CO2/ano desde 2000) e em In Salah, na
Argélia (cerca de 1Mt CO2/ano desde 2004). A colaboração
internacional na investigação do armazenamento de CO2,
fomentada principalmente pela IEA GHG* e CSLF* tem sido
bastante importante no desenvolvimento de conhecimento
científico sobre este assunto. Um exemplo deste facto é o
relatório do IPCC sobre a CAC (2005), que descrevia o estado
da arte da tecnologia na altura e as barreiras que teriam que
ser ultrapassadas para que a CAC fosse amplamente
difundida na indústria. Actualmente já existe conhecimento
sólido nesta matéria, e a tecnologia está a caminhar para a
fase de demonstração. Para além dos aspectos técnicos,
também há aspectos relacionados com leis, regulamentação
diversa e aceitação social a ser avaliados e trabalhados. Na
Europa, o objectivo para a área do CAC é que em 2015
existam 12 projectos de demonstração da tecnologia de
larga-escala, para que em 2020 a tecnologia esteja pronta
para a comercialização. Neste sentido, em Janeiro de 2008,
a Comissão Europeia lançou um pacote chamado Pacote
Energia e Clima propondo uma directiva relativa ao
armazenamento geológico de CO2.
sobre os aspectos técnicos do armazenamento geológico de
CO2. Para encorajar o diálogo sobre os aspectos essenciais
desta tecnologia, os investigadores do CO2GeoNet
prepararam uma lista de perguntas frequentes e respostas.
Nas páginas seguintes, poderá encontrar explicações sobre
como é feito o armazenamento geológico do CO2, sob que
circunstâncias é possível faze-lo e quais os critérios para a
implementação segura e eficiente desta tecnologia.
Figura 4: Secção vertical de Sleipner, Noruega. O Gás natural
extraído neste campo a uma profundidade de 2500 m contém
uma percentagem de CO2 superior à permitida por lei para ser
vendida sob os padrões comerciais. Em vez de ser libertado para
a atmosfera, o CO2 capturado é injectado a aproximadamente
1000m, no aquífero de Utsira.
A rede CO2GeoNet foi criada com o apoio da Comissão
Europeia, como um grupo de institutos de investigação capaz
de manter a Europa na linha da frente da investigação. Um
dos objectivos desta rede é a troca de informação científica
© StatoilHydro
Questões-chave sobre o
armazenamento geológico de CO2
5
O que significa realmente o armazenamento geológico de CO2?
Figura 3: O CO2 emitido
nas centrais térmicas é
separado dos outros
gases de combustão
comprimido e
transportado via
pipelines ou navios para
os locais de
armazenamento:
reservatórios de água
salina, reservatórios de
petróleo e gás
esgotados ou camadas
de carvão não
exploráveis.
Onde e quanto CO2 podemos injectar?
© BRGM im@gé
O CO2 não pode ser injectado em qualquer zona do globo, e os locais de armazenamento devem
ser devidamente identificados. Potenciais reservatórios para armazenamento geológico de CO2
existem um pouco por todo o mundo e têm capacidade suficiente para contribuir para a
mitigação das alterações climáticas causadas pelos humanos.
Figura 1: O CO2 é
injectado em camadas
geológicas profundas
constituídas por rochas
porosas e permeáveis
(arenito no detalhe de
baixo), cobertas por rochas
impermeáveis (argilito, no
detalhe de cima) que
impedem que o CO2
escape para a superfície.
As principais opções de
armazenamento incluem:
1 . Reservatórios de
gás/petróleo esgotados, se
possível com recuperação
secundária de
hidrocarbonetos.
2 . Aquíferos de água
salgada, não passível de
consumo humano;
3 . Bancadas de carvão
não exploráveis,
localmente associadas
com recuperação
secundária de metano.
Existem três principais opções para armazenamento de
CO2 (Fig. 1):
1. Reservatórios de petróleo e gás esgotados – bem
conhecidos devido à exploração de hidrocarbonetos,
oferecem oportunidade imediata para armazenamento
de CO2;
2. Reservatórios de água salina: embora tenham grande
capacidade, não são bem conhecidos;
3. Camadas de carvão não exploráveis: uma opção para
o futuro, quando o problema de como injectar grandes
volumes de CO2 num meio pouco permeável for
solucionado.
rochas impermeáveis, que podem actuar como selante. As
bacias sedimentares frequentemente incluem
reservatórios de hidrocarbonetos e campos naturais de
CO2, o que demonstra a sua capacidade para reterem
fluidos durante longos períodos de tempo, ao terem
naturalmente retido petróleo, gás e mesmo CO2 puro
durante milhões de anos.
O subsolo é frequentemente representado como uma
estrutura simples, homogénea e estratificada, nas
ilustrações representando as várias opções de
armazenamento para o CO2. No entanto, na realidade este
é constituído por formações rochosas, reservatórios e
selantes irregularmente distribuídos e localmente falhados,
integrando estruturas heterogéneas e complexas. Para
avaliar se estas estruturas do subsolo são adequadas para
o armazenamento prolongado de CO2 são necessários
conhecimentos detalhados das condições do local e
experiência geocientífica. Os reservatórios de
armazenamento de CO2 devem preencher muitos critérios,
sendo que são fundamentais:
• Suficiente porosidade, permeabilidade e capacidade de
armazenamento;
• Presença de rocha cobertura impermeável – o
denominado selante (argila, argilito, marga, evaporitos,
Os reservatórios
Uma vez injectado numa rocha reservatório adequada, o
CO2 acumula-se nos poros entre os grãos e as fracturas,
assim deslocando e substituindo qualquer fluido como gás,
água ou petróleo. É por esta razão que as rochas indicadas
para o armazenamento geológico de CO2 devem ter uma
elevada porosidade e permeabilidade. Este tipo de rochas
resultantes da deposição de sedimentos, durante o
passado geológico, são as bacias sedimentares.
Localmente, estas formações permeáveis alternam com
6
Onde encontrar locais de
armazenamento na Europa
© BGR
por exemplo), que evita a migração de CO2 em direcção
à superfície;
• Presença de “armadilhas estruturais” – como um
selante em doma, que pode controlar a extensão da
migração de CO2 no interior da formação de
armazenamento;
• Profundidades superiores a 800m, onde a pressão e
temperatura vigentes são suficientemente altas para
permitir armazenamento de CO2 numa fase fluida
comprimida e, assim, maximizar a quantidade
armazenada;
• Ausência de recursos de água potável: o CO2 não será
injectado em águas adequadas ao consumo humano.
de uma determinada formação pode ser calculada
através da multiplicação da sua área, pela sua
espessura, pela sua porosidade média e pela densidade
média do CO2 nas condições de profundidade do
reservatório. No entanto, devido ao facto de a porosidade
já se encontrar preenchida por água, apenas uma
pequena porção, que normalmente se assume ser de
aproximadamente 1-3%, pode ser usada para
armazenamento.
Na Europa as bacias sedimentares ocorrem em vários
locais, por exemplo no Mar do Norte ou nas cadeias
montanhosas Alpinas (Fig. 2). Muitas formações das
bacias europeias preenchem os critérios para
armazenamento geológico e estão presentemente a ser
cartografadas e caracterizadas por investigadores. Outras
áreas da Europa, como a maior parte da Escandinávia, são
constituídas por crosta antiga e consolidada e portanto, não
possuem rochas adequadas para o armazenamento de
CO2.
Um exemplo de uma área com potencial para
armazenamento é a Bacia Pérmica, que se prolonga de
Inglaterra até à Polónia (indicada na Fig. 2 pela maior
elipse). Nesta bacia, os sedimentos foram afectados por
processos de formação de rochas que deixaram alguma da
porosidade preenchida por salmoura, petróleo ou gás
natural. Por sua vez, as camadas de argila existentes entre
os arenitos porosos foram compactadas, evitando a
migração de fluidos para a superfície. Para além disso, uma
grande parte das formações de arenito estão localizadas a
profundidades de 1 a 4 km, onde a pressão é
suficientemente alta para armazenar o CO2 numa fase
densa. O conteúdo de sal na água presente nas rochas
porosas aumenta com a profundidade de 100 g/l a 400
g/l, ou seja, esta é muito mais densa que a água do mar
(35g/l). Finalmente, centenas de estruturas em forma de
doma foram formadas devido a movimentações na bacia
que provocaram deformação plástica de sal-gema. São
estas armadilhas que estão a ser estudadas para possíveis
locais de armazenamento de CO2 e projectos-piloto.
Capacidade realística: Estudos detalhados levam a
estimativas mais realísticas da capacidade de
armazenamento. Uma vez que a espessura das
formações geológicas não é constante e que as
propriedades de reservatórios podem variar, o
conhecimento do tamanho, forma e das propriedades
geológicas de estruturas permite diminuir a incerteza no
cálculo de volumes. Baseado nesta informação, podem
ser feitas simulações em computador para prever a
injecção e movimentação de CO2 dentro do
reservatório, e assim estimar uma capacidade de
armazenamento realística.
Capacidade viável: A capacidade não é
apenas uma questão de física das
rochas. A utilização ou não de um
local de armazenamento também
é determinada por factores
socioeconómicos. Por exemplo,
levar o CO2 do emissor para o local de
armazenamento é afectado pelos custos de transporte.
A capacidade também dependerá da pureza do CO2,
visto que a presença de outros gases afectará o volume
de reservatório que ficará disponível para o CO2. Por
último, opções políticas e a aceitação pública terão uma
última palavra a dizer sobre se a capacidade de um
reservatório acabará por ser explorada.
Capacidade de armazenamento
A capacidade pode ser avaliada a diferentes escalas, desde
a escala nacional para estimativas mais grosseiras, até à
escala da bacia e do reservatório para cálculos mais
precisos, que têm em conta a heterogeneidade e a
complexidade de estruturas geológicas específicas.
Capacidade volumétrica: As capacidades de
armazenamento nacionais publicadas são geralmente
baseadas no volume de poros de uma formação
geológica. Em teoria, a capacidade de armazenamento
Concluindo, sabemos que a capacidade de
armazenamento de CO2 na Europa é alta, embora existam
incertezas relacionadas com complexidades e
heterogeneidades dos reservatórios, bem como com
factores socioeconómicos.
7
O que significa realmente o armazenamento geológico de CO2?
Figura 2: Mapa geológico
da Europa ilustrando a
localização das principais
bacias sedimentares
(elipses vermelhas) onde
reservatórios adequados
ao armazenamentos
geológico de CO2 podem
existir (baseado no Mapa
Geológico da Europa à
escala 1:5.000.000)
Como podemos transportar e injectar
grandes quantidades de CO2?
Após a sua captura na instalação industrial, o CO2 é comprimido, transportado e depois injectado
numa formação reservatório através de um ou vários furos ou poços. Toda esta cadeia deve ser
optimizada de maneira a permitir o armazenamento de vários milhões de toneladas de CO2 por ano.
pode vir a tornar-se uma atractiva opção no futuro, em
projectos de captura e armazenamento de CO2 nos quais
uma fonte emissora costeira se encontra muito distante de
um reservatório. Os navios utilizados no transporte de gás
de petróleo liquefeito (LPG) são passíveis de ser utilizados
para o transporte de CO2. Estes sistemas semi-refrigerados
são pressurizados e refrigerados e portanto o CO2 pode ser
transportado no estado líquido. Os mais modernos navios
de transporte de LPG transportam volumes até 200.000
m3 e são capazes de transportar 230.000 toneladas de
CO2. No entanto, o transporte através de navios não
permite uma logística de fluxo contínuo, uma vez que exige
a existência de instalações intermédias de armazenamento
de CO2 no porto, para gerir o carregamento de CO2.
O transporte através de gasodutos é actualmente
empregue para grandes quantidades de CO2 usados por
empresas petrolíferas na recuperação secundária de
petróleo (existindo cerca de 3000 km de gasodutos para
CO2 no mundo, a maior parte destes nos E.U.A.). Este modo
de transporte é mais barato que o transporte por navio e
também tem a vantagem de permitir um fluxo contínuo
desde a instalação de captura até ao local de
armazenamento. Os gasodutos de CO2 existentes operam
a altas pressões e em condições supercríticas, sob as quais
o CO2 se comporta como um gás mas possui a densidade
de um líquido. Existem três parâmetros principais que
afectam o caudal que um gasoduto pode transportar: o seu
diâmetro, a pressão ao longo do seu comprimento e,
consequentemente, a espessura das suas paredes.
Compressão
O CO2 é comprimido para um fluido denso que ocupa
significativamente menos espaço do que um gás.
Uma vez que o CO2 é separado dos gases de combustão
da central térmica ou instalação industrial, o caudal de CO2,
muito concentrado, é desidratado e comprimido, tornando
o transporte e armazenamento mais eficiente (Fig. 1). A
desidratação é necessária para evitar a corrosão do
equipamento e infra-estrutura e, a altas pressões, a
formação de hidratos (cristais que podem entupir
equipamentos e tubos).
A compressão é efectuada em conjunto com a
desidratação através de um processo constituído por várias
etapas: repetidos ciclos de compressão, arrefecimento e
separação de água. A pressão, temperatura e conteúdo de
água devem ser adaptados ao modo de transporte e
requisitos de pressão do local de armazenamento. Entre os
factores fundamentais no planeamento da instalação de
compressão estão o caudal de gás, as pressões de sucção
e descarga, capacidade calorífica do gás e a eficiência do
compressor. Esta tecnologia de compressão já está
disponível e é já utilizada em muitas aplicações industriais.
Transporte
O CO2 pode ser transportado através de navio ou de
gasodutos.
Presentemente, o transporte de CO2 por navio é apenas
efectuado para utilizações industriais a escalas muito
pequenas (10.000 a 15.000 m3), mas este transporte
Injecção
© BRGM im@gé
Figura 1: Fases do
armazenamento de CO2.
O processo de
armazenamento de CO2
de modo durável e seguro
envolve uma série de
operações que incluem
captura, compressão,
transporte e injecção.
8
A colocação do CO2 no reservatório é feita por injecção
sobre pressão (Fig. 2).
A pressão da injecção tem de ser maior que a pressão do
reservatório, de modo a mobilizar o fluido no ponto de
injecção do reservatório. O número de pontos de injecção
depende da quantidade de CO2 a armazenar, da taxa de
injecção (volume de CO2 injectado por hora), da
permeabilidade e espessura do reservatório, da pressão de
injecção máxima de segurança e do tipo de poço de
injecção. Como o principal objectivo é o do armazenamento
duradouro do CO2, devemo-nos certificar da integridade
hidráulica da formação geológica. Altas taxas de injecção
podem provocar aumentos de pressão no ponto de
injecção, particularmente em formações com baixa
permeabilidade. A pressão de injecção não deve exceder a
pressão de fracturação das rochas sob risco de danificar o
que por sua vez concentra espécies químicas na
salmoura*. Quando a salmoura atinge uma concentração
de saturação, os minerais (sais) podem então precipitar,
reduzindo a permeabilidade à volta do poço.
Os processos de injecção dependem de uma complexa
interacção de fenómenos que ocorrem localmente à volta
do poço de injecção, sendo também altamente
dependentes do tempo de injecção e da distância ao poço.
Para avaliar esses efeitos são utilizadas simulações
numéricas. As taxas de fluxo da injecção devem ser
cuidadosamente definidas para evitar a ocorrência de
processos que possam limitar a injecção das quantidades
desejadas de CO2.
Composição do fluxo de CO2
© IPCC
A composição e pureza do fluxo de CO2, resultante do
processo de captura, têm uma influência significativa nas
fases subsequentes de um projecto de armazenamento de
CO2. A presença de uma pequena percentagem de outras
substâncias, como água, sulfureto de hidrogénio (H2S),
óxidos de enxofre ou azoto (SOx, NOx), azoto (N2) e oxigénio
(O2) vai afectar as propriedades físicas e químicas do CO2,
bem como os seus comportamentos e impactos. A
presença daquelas substâncias deve ser cuidadosamente
considerada aquando do planeamento das fases de
compressão, transporte e injecção e também no
ajustamento das condições operacionais e do equipamento.
Concluindo, o transporte e injecção de grandes
quantidades de CO2 é exequível. No entanto, se o
armazenamento de CO2 for feito a larga escala, todas as
fases envolvidas necessitam de ser planeadas caso a caso.
Os parâmetros a considerar são os referentes às
propriedades termodinâmicas do fluxo de CO2 (Fig. 3), às
taxas de fluxo e às condições do reservatório e do sub-solo
acima deste.
Figura 2: Quando é injectado no sub-solo, o CO2 torna-se um
fluido em estado supercrítico*, a cerca de 0,8 km de
profundidade. O seu volume diminui drasticamente de 1000
m3 à superfície para 2,7 m3 aos 2 km de profundidade. Este
é um dos factores que torna o armazenamento geológico de
grandes quantidades de CO2 tão atractivo.
© BGR
reservatório ou o selante sobrejacente. Para calcular a
pressão máxima de injecção, recorre-se a modelos e
análises geomecânicas, com vista a evitar a fracturação da
formação utilizada como reservatório.
A taxa de injecção de CO2 na formação pode ser afectada
por processos químicos. Dependendo do tipo de
reservatório, da composição dos fluidos e das condições do
reservatório (como a temperatura, pressão, volume,
concentração, etc.) podem ocorrer processos de
precipitação e dissolução de minerais no poço, levando ao
aumento ou diminuição da taxa de injecção. Logo que o
CO2 esteja injectado, parte dele dissolve-se na água
salgada do reservatório e o pH* diminui ligeiramente,
compensado pela dissolução de minerais carbonatados
presentes na rocha reservatório. Os carbonatos são os
primeiros minerais a sofrer dissolução já que a sua taxa de
reacção é muito elevada, iniciando-se a sua dissolução
desde o começo da injecção. Este processo pode aumentar
a porosidade da rocha e o seu grau de injectividade*. No
entanto, após a dissolução, os minerais carbonatados
podem re-precipitar, cimentando a formação à volta do
poço. As taxas de fluxo do CO2 podem elevar-se de modo a
compensar a redução da permeabilidade à volta do poço,
deslocando a área de equilíbrio geoquímico para locais
mais afastados.
Outro fenómeno induzido pela injecção é o da secagem.
Após a fase de acidificação, a água residual que resta à
volta do poço de injecção dissolve-se no gás seco injectado,
9
O que significa realmente o armazenamento geológico de CO2?
Figura 3: A densidade do
CO2 puro (em Kg/m3) é
função da temperatura e
pressão. A linha amarela
corresponde ao gradiente
padrão da pressão e
temperatura numa bacia
sedimentar. As
profundidades superiores
a 800 m (~8 MPa), as
condições do
reservatório permitem
altas densidades
(sombreado azul). A linha
a verde representa a
fronteira entre as fases
gasosa e líquida do CO2.
As condições típicas de
pressão e temperatura
para a captura,
transporte e
armazenamento são
indicadas pelas letras A,
B e C, respectivamente.
O que acontece ao CO2 no
reservatório de armazenamento?
Uma vez injectado no reservatório, o CO2 vai ascender por flutuação preenchendo os
espaços entre os poros, abaixo da rocha selante. Com o passar do tempo, parte do CO2
irá dissolver-se e, eventualmente, transformar-se em minerais. Estes processos têm
lugar em diferentes escalas temporais, contribuindo para o armazenamento duradouro.
1. Acumulação sob a rocha selante
(armadilha estrutural)
Como o CO2, embora densificado, é ainda “mais leve”
que a água, ele tende a ascender. Este movimento é
interrompido quando o CO2 intersecta uma camada de
rocha impermeável, a denominada rocha selante.
Usualmente constituída por argila ou sal, esta rocha
pode actuar como armadilha, prevenindo a ascensão
do CO2 até à superfície, ficando acumulado abaixo
daquela. A Figura 1 ilustra o movimento ascendente do
CO2 através dos poros da rocha (a azul) até atingir a
rocha selante.
Mecanismos de armazenamento
Ao ser injectado num reservatório, o CO2 preenche os poros
da rocha que, na maioria dos casos, estão já ocupados com
salmoura, ou seja, água salgada.
À medida que o CO2 é injectado podem processar-se quatro
mecanismos abaixo indicados. O primeiro destes é
considerado o mais importante, por prevenir a ascensão do
CO2 à superfície, sendo que, os outros três, promovem o
aumento da eficiência e segurança do armazenamento ao
longo do tempo.
2. Fixação nos poros de menor dimensão
(armadilha residual)
A fixação residual do CO2 ocorre a partir do momento
em que os poros da rocha reservatório se tornam muito
pequenos, não permitindo que o fluxo continue a migrar,
mesmo com diferenças de densidade em relação à
água circundante. Este processo ocorre durante a
migração do CO2 podendo geralmente imobilizar uma
pequena percentagem do CO2 injectado, dependendo
das propriedades da rocha reservatório.
Vista microscópica.
3. Dissolução (armadilha por dissolução)
Na injecção, uma pequena proporção de CO2 é
dissolvida ou misturada numa solução da salmoura. A
dissolução faz com que a água com o CO2 dissolvido
resultante, seja mais pesada que a salmoura original,
tendendo então para se movimentar para o fundo do
reservatório. A taxa de dissolução depende do tipo de
contacto entre o CO2 e a salmoura. A quantidade de
CO2 que pode ser dissolvido é limitada por uma
concentração máxima. No entanto, devido ao
movimento ascendente do CO2 injectado e ao
movimento descendente da água com CO2 dissolvido,
existe uma constante renovação do contacto entre o
CO2 e a salmoura, aumentando a capacidade de
dissolução. Estes processos são relativamente lentos
uma vez que ocorrem nos poros de muito reduzida
dimensão. Estimativas preliminares do projecto Sleipner
indicam que cerca de 15% do CO2 injectado é dissolvido
10 anos após a injecção.
© BRGM im@gé
Figura 1: O CO2 que é
mais leve do que a água,
tem tendência a subir até
ficar retido devido às
camadas impermeáveis
superiores.
4. Mineralização (armadilha por mineralização)
O CO2, quando combinado com a salmoura, pode reagir
com os minerais constituintes da rocha reservatório.
10
© BRGM
Figura 3: Evolução do CO2 nas suas formas diferentes em
Sleipner, de acordo com as simulações do fluxo. O CO2 fica
retido na froma supercrítica pelos mecanismos 1 e 2, na
forma dissolvida pelo mecanismo 3 e na forma minral pelo
mecanismo 4.
Figura 2: CO2 denso a migrar para cima (Bolhas azul claro), a
dissolver-se e a reagir com os gãos das rochas, levando à
precipitação de minerais carbonatados na superfície dos
grãos (cor branca).
natural”*. Estes locais fornecem-nos informações
acerca do comportamento do gás e das consequências
a longo prazo da presença de CO2 no subsolo.
• Monitorização dos locais de armazenamento de CO2
existentes, tais como Sleipner (offshore da Noruega),
Weyburn (Canadá), In Salah (Argélia) e K12-B (offshore
da Holanda). Os resultados das simulações a curto
prazo podem ser comparados com os dados de campo,
ajudando a refinar os modelos.
Só através de constante cruzamento de dados e
informação entre estas fontes de informação é que é
possível adquirir conhecimento fidedigno acerca de
todos os processos que ocorrem a 1000 m abaixo dos
nossos pés.
Alguns minerais podem ser dissolvidos, podendo outros
precipitar, dependendo do pH do meio e da composição
dos minerais que constituem a rocha reservatório (Fig.
2). Estimativas efectuadas para o projecto Sleipner
indicam que, após um longo período de tempo, só uma
fracção relativamente pequena de CO2 fica imobilizada
através de processos de mineralização. Após 10 000
anos, só 5% do CO2 injectado contribui para a
mineralização, enquanto que com a restante parte
(95%) ocorre dissolução de minerais, reacções onde
não sobra CO2 como fase densa.
A importância relativa de cada um destes mecanismos
de armazenamento varia de local para local, ou seja,
depende das características de cada sítio. Por exemplo,
num reservatório em forma de doma, o CO2 mantém-se
estável numa fase densa durante um intervalo de
tempo longo, enquanto que, em reservatórios de
formato aplanado, tal como o de Sleipner, a maior parte
do CO2 será dissolvido ou mineralizado.
A Figura 3 ilustra a evolução da proporção de CO2 nos
diferentes tipos mecanismos de armazenamento, para
o exemplo de Sleipner.
Em conclusão, sabe-se que a segurança do local de
armazenamento de CO2 tende a aumentar com o tempo. A
questão mais crítica é o de encontrar um reservatório
sobreposto por uma rocha selante que impeça a fuga de CO2
(armadilha estrutural). Os processos relacionados com
dissolução, mineralização e armazenamento residual
ajudam a prevenir a migração do CO2 para a superfície.
Figura 4: Modelação 3D
da migração do CO2,
num aquífero depois da
injecção de 150000
toneladas durante 4
anos, no aquífero de
Dogger em França. Aqui
apresenta-se o CO2
supercrítico (esquerda) e
o CO2 dissolvido em
salmoura (direita) 4100 e
2000 anos depois do
começo da injecção. A
simulação está baseada
em dados experimentais
e de campo.
Como sabemos tudo isto?
© BRGM im@gé
O conhecimento destes processos é proveniente de quatro
grandes fontes de informação:
• Medições laboratoriais: experiências de pequena
escala envolvendo os mecanismos de mineralização,
fluxo e dissolução podem ser efectuadas em amostras
de rocha, dando uma ideia dos processos de curta
duração e de pequena escala.
• Simulações numéricas: foram desenvolvidos códigos
informáticos que podem ser utilizados na previsão do
comportamento do CO2 em várias escalas de tempo
(Fig. 4). As experiências laboratoriais são utilizadas para
calibrar estas simulações.
• Estudo de reservatórios naturais de CO2, onde este
(geralmente de origem vulcânica) foi armazenado em
profundidade durante longos períodos de tempo, por
vezes milhões de anos. Um enquadramento deste
género é usualmente denominado como “Análogo
11
O que significa realmente o armazenamento geológico de CO2?
Pode haver fugas de CO2 do reservatório?
Quais poderão ser as consequências?
Com base no estudo dos sistemas naturais, reservatórios escolhidos adequadamente não
deverão apresentar qualquer fuga significativa. Reservatórios naturais com gás ajudam-nos a
compreender as condições em que o gás fica preso ou solto. Além disso, reservatorios
naturais com fugas ajudar-nos-ão a perceber quais os possíveis impactos de uma fuga de CO2.
Vias de fuga
Em geral, as potenciais vias de fuga ou são provocados
pelo homem (como poços profundos) ou naturais
(como sistemas de fraturas e falhas).
Os poços podem constituir vias de migração porque,
em primeiro lugar, eles formam uma ligação directa
entre a superfície e o reservatório, e em segundo lugar,
podem corroer-se ao longo do tempo (Fig.1). Uma
complicação adicional é que nem todos os poços são
construídos utilizando as mesmas técnicas, e, assim,
os poços novos são geralmente mais seguros do que
os mais velhos. Em qualquer caso, o risco devido a
uma fuga através de poços deverá ser baixa porque os
poços novos e antigos podem ser monitorizados de
forma muito eficaz utilizando métodos geoquímicos e
geofísicos sensíveis, e porque a tecnologia já existe na
indústria do petróleo para qualquer acção correctiva
que possa ser necessária.
Fluxo ao longo de falhas e fracturas naturais que
poderiam existir na rocha selante ou a sobrecarga é
mais complexa porque estamos a lidar com
características
irregulares,
planas
com
permeabilidade variável. Uma boa compreensão
científica e técnica de sistemas naturais com ou sem
fugas irá permitir desenvolver projectos de
armazenamento de CO2 que tenham as mesmas
Análogos naturais: lições aprendidas
Os sistemas naturais (os denominados "análogos") são
fontes valiosas de informação para melhorar a nossa
compreensão da migração de gás em profundidade e a troca
natural de gases entre a terra e a atmosfera. As principais
conclusões derivadas a partir do estudo de numerosas
reservatórios de gás natural, com e sem fugas, são:
• em condições geológicas apropriadas, o gás
produzido naturalmente pode ficar retido centenas de
milhares a milhões de anos;
• reservatórios de gás isolados existem até nas
configurações geológicas menos favoráveis (áreas
vulcânicas);
• a migração de quantidades significativas de gás
requer advecção (isto é, fluxo de pressão) porque a
difusão é um processo muito lento;
• para ocorrer advecção, as condições de fluido no
reservatório precisam de se situar perto de pressão
litostática para manter falhas e fracturas abertas ou
mecanicamente criar novos caminhos;
• locais onde há fugas naturais de gás para a superfície
estão situados, quase exclusivamente, em regiões
altamente sísmicas e vulcânicas, com aberturas de
gás situadas ao longo de falhas activas ou
recentemente ativadas;
• fugas de gás significativas são raras e tendem a
ocorrer em áreas vulcânicas e geotérmicas onde o
CO2 é continuamente produzido por processos
naturais;
• anomalias de gás na superfície ocorrem geralmente
em pontos localizadas e têm um impacto limitado no
meio ambiente perto da superfície.
Portanto, a combinação de um número de condições
específicas é necessária para que possa haver uma
fuga. Consequentemente, é altamente improvável que
um reservatório de armazenamento bem escolhido e
cuidadosamente projectado tenha fugas de CO2.
Embora a probabilidade de existir uma fuga seja
pequena, os processos associados e os potenciais
efeitos têm que ser totalmente compreendidos, de
forma a escolher, projectar e operar os locais de
armazenamento geológico de CO2 com a maior
segurança possível.
after Nordbotten et al. 2005
Figura 1: Possíveis vias
de escape do CO2 do
poço de injecção. Escape
pelo material alterado
(c,d, e) ou pelas fissuras
(a,b,f) .
características de reservatórios que armazenam CO2 e
metano há milhares até milhões de anos.
12
© Sapienza URS
Impactos no Homem
Impactos no meio ambiente
Nos ecossistemas terrestres, o impacto pode ser
resumido da seguinte forma:
• vegetação – Embora concentrações de CO2 no solo
até cerca de 20-30% possam favorecer a adubação
das plantas e aumentar a sua taxa de crescimento,,
valores superiores a esse limite podem ser letais
para algumas, mas não todas as plantas. Este efeito
é extremamente localizado e a poucos metros de
distância a vegetação permanece robusta e
saudável (Fig. 2).
• qualidade das águas subterrâneas – A composição
química das águas subterrâneas pode ser alterada com
adição de CO2, as águas tornam-se mais ácidas e
elementos podem ser liberados de rochas e minerais do
aquífero. Mesmo se se der uma fuga de CO2 num
aquífero de água potável, os efeitos deverão permanecer
localizados e a quantificação dos impactos está
actualmente a ser investigado. Curiosamente, muitos
aquíferos na Europa são enriquecidas em CO2 de forma
natural, e esta água engarrafada e vendida como "água
mineral com gás".
• integridade das rochas – A acidificação das águas
subterrâneas pode resultar na dissolução das
rochas, na diminuição da sua integridade estrutural,
e na formação de buracos. Contudo, este tipo de
fenómeno ocorre apenas sob condições geológicas
muito específicas, que não são prováveis de ocorrer
num local de armazenamento geológico de CO2
adequado.
Os potenciais impactos nos ecossistemas variam
consoante o local de armazenamento se situe no mar
ou em terra.
Em ecossistemas marinhos, o principal efeito de uma
fuga de CO2 é a diminuição local do pH e o impacto
associado a, principalmente, animais que vivem no
fundo do mar. No entanto, as consequências são
espacialmente limitadas e o ecossistema rapidamente
mostra sinais de recuperação após a fuga.
Em conclusão, como os impactos de qualquer fuga
hipotética de CO2 vão depender do local específico,
um conhecimento profundo da configuração geológica
e estrutural permite-nos identificar as potenciais vias
de migração de gás, escolher os locais com menor
potencial de fuga de CO2, prever o comportamento do
gás e, assim, avaliar e prevenir, qualquer impacto
significativo sobre os seres humanos e o meio
ambiente.
Nós respiramos CO2 o tempo todo. O CO2 só é perigoso
para a saúde humana em concentrações muito
elevadas, valores até 500.000 ppm (5%), podem causar
dores de cabeça, tonturas e náuseas. Valores acima
deste nível podem levar à morte, se a exposição for
longa, especialmente por asfixia, quando a
concentração de oxigénio no ar cai abaixo do nível de
16% necessária para a vida humana. No entanto, se a
fuga de CO2 se der numa área aberta, esta rapidamente
se dispersa no ar, mesmo com ventos fracos.
O potencial de risco para as populações é, assim,
limitado às fugas em ambientes fechados ou em
depressões topográficas, onde as concentrações de
CO2 podem aumentar por este ser mais denso do que
o ar e, portanto, tender a acumular-se perto do chão.
Na realidade, muitas pessoas vivem em áreas
caracterizadas por emanações de gás diárias. Por
exemplo, em Itália, em Ciampino, perto de Roma, as
casas estão localizadas a apenas 30 metros de saídas
de gás, onde as concentrações de CO2 no solo atingem
90% e cerca de 7 toneladas de CO2 são emitidas para
a atmosfera diariamente. Os habitantes locais evitam
qualquer perigo, tomando algumas precauções, como
não dormir na cave e mantendo as casas bem
ventiladas.
13
O que significa realmente o armazenamento geológico de CO2?
Figura 2: Impacto da fuga
do CO2 na vegetação
com um fluxo grande
(esquerda) e reduzido
(direita). O impacto será
limitado à área de onde
se realiza a fuga de CO2.
Como podemos monitorizar o local de
armazenamento?
Por razões operacionais, de segurança, ambientais, sociais e económicas, todos os
locais de armazenamento de CO2 terão que ser monitorizados. Deverá ser delineada
uma estratégia para definir exactamente o que irá ser monitorizado e como.
Pre-injecção (1994)
Quais são os alvos a monitorizar?
A monitorização do local será de uma importância
critica para assegurar que o principal objectivo do
armazenamento geológico de CO2 é atingido, a longo
prazo. As razões que justificam a monitorização dos
locais de armazenamento incluem:
• Operacionais: o controlo e optimização do processo
de injecção.
• De segurança e ambientais: a minimização ou
prevenção de qualquer impacto na população
humana, na vida selvagem e nos ecossistemas que
se encontram nas imediações de um desses locais,
e o assegurar da mitigação das alterações climáticas
globais.
• Societais: o fornecimento ao público da informação
necessária para a compreensão da segurança do
local de armazenamento de modo a ganhar a sua
confiança.
• Financeiras: O aumento da confiança dos mercados
nas tecnologias de CCS e a verificação dos volumes
de CO2 armazenados para que estes sejam
creditados como “emissões evitadas” no mercado de
emissões.
A monitorização de estádio inicial do ambiente
(baseline) e a actuação local subsequente são
exigências reguladoras importantes na Directiva da CE
sobre CAC, publicada em 23 de Abril de 2009. Os
operadores necessitam de ter a capacidade para
demonstrar que o desenvolvimento do armazenamento
está em conformidade com o que está regulado e que,
a longo prazo, continuará a estar. A monitorização é
uma componente importante na redução das
incertezas devendo por isso estar fortemente ligada às
actividades relacionadas com os procedimentos de
segurança.
A monitorização pode focar-se em vários alvos e
processos em diferentes zonas do local, tais como:
• Modelação a Pluma – o seguimento do CO2, na sua
migração desde o local de injecção. Isto fornece
dados-chave para calibração de modelos predictores
da distribuição futura de CO2 no local. Estão
disponíveis várias técnicas, já comprovadas, entre as
quais se encontram ensaios sísmicos, os quais
foram aplicados com sucesso, em várias
demonstrações e projectos-piloto (Fig. 1).
• Integridade da rocha selante – necessária para
avaliar se o CO2 está isolado no local de
armazenamento e para fornecer avisos precoces de
qualquer migração inesperada de CO2 para a
superfície. Num projecto, isto pode ser
especialmente importante durante a fase de
injecção, quando as pressões no reservatório
aumentam significativamente, embora de forma
temporária.
• Integridade do poço. Este é um tema importante,
uma vez que os poços profundos podem constituir
uma via directa para a migração de CO2 para a
superfície. Os poços de injecção de CO2, aliados a
quaisquer poços de observação ou poços préexistentes, abandonados, têm que ser monitorizados
com cuidado. A monitorização serve também para
verificar se os poços que já não estão em uso, foram
devidamente selados. Os sistemas de monitorização
geofísica e geoquímica existentes, e usados no dia a
dia, na indústria do petróleo e do gás, podem ser
instalados dentro ou sobre os poços de modo
fornecer avisos precoces de qualquer anomalia,
garantindo a segurança.
• Migração nas camadas superiores. Se a
monitorização indica uma migração inesperada
através da rocha selante, será necessário a
monitorização das camadas superiores.
• Fugas para a superfície e detecção e medição
atmosféricas. Existem numerosas técnicas
geoquímicas, bioquímicas e de detecção remota
para localizar fugas, avaliar e monitorizar a
distribuição de CO2 no solo e a sua dispersão na
atmosfera ou no mar (meio marinho) (Fig. 2).
• Quantidade de CO2 armazenado para efeitos
reguladores e de fiscalização. Embora a quantidade
de CO2 injectada possa ser medida imediatamente
2.35 Mt CO2 (1999)
4.36 Mt CO2 (2001)
© StatoilHydro
Figura 1: Representação
digital de monitorização da
pluma de CO2 em Sleipner
antes a injecção (iniciou
em 1996) e depois (3 e 5
anos respectivamente).
Porque é necessária a monitorização?
14
Aquando da concepção
de uma estratégia de
monitorização, têm que
ser tomadas várias
decisões que dependem
das condições geológicas
e
de
engenharia
específicas de cada local,
tais como a geometria e a
profundidade
do
reservatório, a difusão do
CO2, o percurso de
possíveis
fugas,
a
geologia do overburden, o
tempo de injecção e a
taxa do fluxo, e as
características da superfície, tais como a topografia, a
densidade populacional, as infra-estruturas e os
ecossistemas. Quando houver decisões sobre as
localizações e as técnicas de medição mais
apropriadas, têm que ser levados a cabo estudos
iniciais antes das operações de injecção, as quais
servirão como referência para todas as futuras
medições. Por fim, todos os programas de
monitorização têm que ser flexíveis, de forma a evoluir
ao mesmo tempo que o projecto de armazenamento.
Uma estratégia de monitorização capaz de integrar
toda esta problemática e ao mesmo tempo melhorar a
relação custo/eficácia será uma componente crítica na
análise de risco e na verificação da segurança e
eficácia do local.
Como é feita a monitorização ?
Já foi aplicada uma grande variedade de técnicas de
monitorização em projectos de demonstração. Estas
incluem os métodos que monitorizam directamente o
CO2 e os que indirectamente avaliam os seus efeitos
nas rochas, fluidos e ambiente. As medições directas
incluem a análise dos líquidos da profundeza dos
poços ou a medição da concentração de gás no solo
e na atmosfera. Os métodos indirectos incluem
análises geofísicas, monitorização da mudança de
pressão nos poços ou alterações no pH da água do
subsolo.
A monitorização será exigida nos locais de
armazenamento, quer estes estejam offshore ou
onshore (no mar ou em terra). A selecção da técnica
apropriada para a monitorização dependerá das
características técnicas e geológicas do local e da sua
finalidade. Já está disponível uma vasta gama de
técnicas de monitorização (Fig.3), muitas das quais
estão já bem implantadas na indústria do petróleo e
do gás; estas técnicas estão a ser adaptadas ao
contexto de CO2.
© CO2GeoNet
Estratégia de monitorização
na cabeça do poço, a quantificação no reservatório
é, em termos técnicos, muito desafiante. Se ocorrer
uma fuga para a near-surface, as quantidades
libertadas terão que ser quantificadas para efeitos
de contabilização nos inventários nacionais de gases
de efeito de estufa e futuros esquemas de ETS.
• Movimentos e microsismicidade*. A pressão
acrescida do reservatório devida à injecção de CO2
pode, em casos específicos, aumentar o potencial de
microsismicidade e de movimentos em pequena
escala. Estão disponíveis técnicas de monitorização
e métodos de detecção remota de microssismos
(avião ou satélite), capazes de medir deformações do
terreno, por mais pequenas que sejam.
Figura 2 : Bóia de
monitorização com
painéis solares como
fonte de energia,
flutuadores e dispositivo
de amostragem de gás
nos fundos marinhos.
Concluindo, sabemos que a monitorização do local de
armazenamento de CO2 já é possível com a
quantidade de técnicas existentes no mercado ou em
desenvolvimento.
© CO2GeoNet
Figura 3: Uma selecção
que ilustra o leque de
técnicas disponíveis para
monitorizar os diferentes
componentes de um
sistemas de
armazenamento de CO2.
15
O que significa realmente o armazenamento geológico de CO2?
Que critérios de segurança devem
ser impostos e respeitados?
Para garantir a eficiência e segurança no armazenamento, as autoridades reguladoras
devem impor condições de desenho e operação de projecto que devem ser respeitadas
pelos operadores.
Figura 1: Os diferentes
passos num projecto de
armazenamento.
Apesar do armazenamento geológico de CO2 ser
largamente aceite como uma opção credível na mitigação
das mudanças climáticas, os critérios de segurança no que
respeita à saúde humana e ao ambiente local devem ser
estabelecidos antes de operações, generalizadas, à escala
industrial serem desenvolvidas. Tais critérios podem ser
definidos como requisitos impostos aos operadores pelas
autoridades reguladoras, para assegurar que os impactos
na saúde, segurança e ambiente (incluindo águas
subterrâneas) sejam negligenciáveis a pequeno, médio e
longo prazo.
Um ponto chave no armazenamento de CO2 é que este
deve ser permanente, pelo que os locais de
armazenamento não deverão ter fugas. Contudo, o cenário
‘e se houver fugas?’ implica que os riscos sejam avaliados
e que os operadores respeitem as medidas preventivas de
qualquer fuga ou comportamento anómalo dos locais. De
acordo com o IPCC, o CO2 injectado necessita de
permanecer em profundidade pelo menos 1000 anos, o
que permitirá diminuir ou estabilizar as concentrações de
CO2 atmosférico por troca natural com as águas dos
oceanos, e assim minimizar a subida da temperatura
devido ao aquecimento global. Contudo, os impactos locais
necessitam de ser avaliados numa escala de tempo que
varia entre dias a muitos milhares de anos.
Várias etapas importantes devem ser consideradas
durante o tempo de vida do projecto de armazenamento de
CO2 (Fig. 1). A segurança pode ser garantida por:
• selecção e caracterização cuidadosa do local;
• aferição da segurança;
• procedimentos operativos
correctos;
• plano de monitorização
apropriado;
• plano de remediação apropriado.
• considerar a composição do fluxo de CO2, atendendo em
particular a quaisquer impurezas não eliminadas durante o
processo de captura. Isto é importante para evitar qualquer
interacção adversa com o poço, o reservatório, a camada
selante, e, em caso de fuga, com qualquer massa de água
sobrejacente.
Critério de segurança
para o desenho do projecto
A segurança deve ser demonstrada antes de se iniciarem
as operações no terreno. No que se refere à selecção do
local de armazenamento, os principais componentes a
serem examinados incluem:
• o reservatório e a rocha selante;
• os materiais rochosos sobrejacentes, e em particular as
camadas impermeáveis, que podem actuar como
selantes secundários;
• a presença de falhas permeáveis ou poços que podem
actuar como caminhos/condutas para a superfície.
As técnicas de exploração de petróleo e gás são usadas
para avaliar a geologia e a geometria do local de
armazenamento. A modelação química e geomecânica do
fluxo de CO2 nos reservatórios permite prever o
comportamento do CO2 ao longo do tempo e definir
parâmetros para uma injecção eficiente. Como resultado, a
caracterização cuidadosa do local deve possibilitar a
definição de um cenário de armazenamento ‘normal’,
correspondente a um local adequado para o
armazenamento em confiança do CO2. A avaliação do risco
também deve definir cenários menos favoráveis das fases
de armazenamento, incluindo ocorrências de episódios
inesperados. Em particular, é importante delinear
quaisquer potenciais vias de fuga, de exposição e os seus
impactos (Fig. 2). Cada cenário de fuga deve ser analisado
por peritos e, se possível, a modelação numérica deve ser
aplicada para avaliar a sua probabilidade de ocorrência e
severidade. Como exemplo, a evolução da extensão da
pluma de CO2 deve ser cuidadosamente mapeada para
detectar qualquer conexão a uma zona de falha. As
pequenas variações nos parâmetros de controlo e
incertezas devem ser avaliadas cuidadosamente na
avaliação de risco. Tal como em qualquer processo de
licenciamento industrial, a análise da afectação potencial
dos seres humanos e do ambiente em geral deve constar
em estudos de avaliação de impacto ambiental. Neste
processo, quer o cenário normal, quer o de fuga, serão
examinados para avaliar qualquer risco potencial ligado à
infra-estrutura de armazenamento.
Os principais objectivos
associados são:
• garantir que o CO2 permanece no reservatório;
• manter a integridade do
poço;
• preservar as propriedades
físicas do reservatório (incluindo a porosidade, a permeabilidade e a injectivididade),
assim como a natureza impermeável da rocha selante;
16
Figura 2: Exemplo de
cenários potenciais de
fuga.
• volume de injecção, de acordo com as previsões
definidas pela modelação;
• composição do fluxo de CO2;
• integridade do poço de injecção e de qualquer outro poço
localizado na área de extensão da pluma de CO2;
• extensão da pluma de CO2 e detecção de qualquer fuga;
• estabilidade dos solos.
Durante a injecção, o comportamento do CO2 será
sistematicamente comparado às previsões. Este
procedimento melhorará o conhecimento do local. Se
qualquer comportamento anómalo for detectado, o
programa de monitorização será actualizado e serão
accionadas as medidas correctivas necessárias. No caso
de suspeita de fuga, poderão ser utilizadas ferramentas
apropriadas de monitorização numa área específica do
local de armazenamento, desde o reservatório até à
superfície. Isto permitirá detectar a ascensão de CO2 e
qualquer impacto adverso que possa ser prejudicial a
aquíferos, ao ambiente e aos seres humanos.
Quando a injecção estiver completa, inicia-se a fase de
encerramento: os poços devem ser devidamente selados e
abandonados, os programas de monitorização e
modelação actualizados, e, se necessário, medidas
correctivas devem ser tomadas para diminuir os riscos.
Logo que o nível de risco seja considerado suficientemente
baixo, a responsabilidade de armazenamento deve ser
transferida para as autoridades nacionais e o plano de
monitorização pode terminar ou ser reduzido.
A Directiva Europeia estabelece um quadro legal para
garantir que a captura e o armazenamento de CO2 sejam,
no seu conjunto, uma opção de mitigação disponível, que
possa ser feita em segurança e com responsabilidade.
O programa de monitorização, de curto e a longo prazo,
deverá ser estabelecido de acordo com as análises de
avaliação de risco e deverão controlar os parâmetros
críticos definidos para os vários cenários. Os principais
objectivos são, visualizar a migração da pluma de CO2,
verificar a integridade do poço e da rocha selante, detectar
qualquer fuga de CO2, avaliar a qualidade da água
subterrânea e garantir que nenhum CO2 alcança a
superfície. A remediação e a mitigação constituem as
últimas fases da avaliação de segurança, onde é
discriminada uma lista de acções correctivas a serem
aplicadas aos episódios de fuga ou aos comportamentos
anómalos. Inclui-se aqui, a análise da integridade da rocha
selante e falhas do poço, durante os períodos de injecção e
pós-injecção e considera soluções extremas de
remediação, tal como a reversibilidade no armazenamento.
O conhecimento existente abrange técnicas aplicadas na
indústria do petróleo e gás, tais como a conclusão do acto
de perfurar, a diminuição da pressão de injecção, a
remoção parcial e completa do gás, a extracção para aliviar
a pressão, a extracção superficial de gás, etc.
Critérios de segurança durante a
operação e pós-encerramento
O principal cuidado de segurança está associado à fase de
operação: após cessar a injecção, a diminuição da pressão
tornará o local mais seguro.
A confiança na habilidade para injectar e armazenar CO2 de
maneira segura, baseia-se na experiência das companhias
operadoras. O CO2 é um produto relativamente comum
usado em várias indústrias, assim o seu manuseamento
não levanta problemas novos. O desenho e controlo de
operações serão baseados no conhecimento da indústria
de petróleo e gás, em particular no armazenamento sazonal
de gás natural ou na recuperação estimulada de petróleo.
Os principais parâmetros a serem controlados são:
• pressão de injecção e velocidade de fluxo – a pressão
deve ser mantida abaixo da pressão de fracturação, i.e.,
a pressão acima da qual se formam fracturas na rocha
selante;
Em conclusão, os critérios de segurança são essenciais
para o desenvolvimento do armazenamento de CO2 e terão
que ser adaptados para cada local específico. Esses
critérios serão particularmente importantes para a
aceitação pública, sendo essenciais para o processo de
licenciamento, sobre o qual as entidades reguladoras
devem decidir o nível de detalhe das medidas de
segurança.
17
O que significa realmente o armazenamento geológico de CO2?
Glossário
Micro sismicidade: Ligeiro tremor ou vibração da crosta
terrestre, não relacionado com sismos que pode ser
causado por uma diversidade de agentes naturais ou
artificiais.
Permeabilidade: propriedade ou capacidade de uma
rocha porosa de transmitir um fluido; é uma medida da
facilidade relativa do fluxo de fluido sob um gradiente de
pressão.
pH: medida da acidez de uma solução, para o qual o pH 7
corresponde ao neutro.
Pluma de CO2: distribuição espacial do CO2 supercrítico
dentro das unidades rochosas.
Poço (ou furo): uma perfuração de secção circular feita
através de uma sondagem, especialmente uma perfuração
profunda de pequeno diâmetro, tal como um poço de
petróleo.
Porosidade: Percentagem do volume total de uma rocha
que não está ocupada por minerais. Estes vazios são
denominados de poros e podem estar preenchidos por
vários fluidos; normalmente em rochas profundas este fluído
é água salgada mas também pode ser petróleo ou um gás
como metano ou CO2 de origem natural.
Pressão litostática: a força exercida numa rocha em
profundidade pelas rochas que se lhe sobrepõem. A pressão
litostática aumenta com a profundidade.
Recuperação Secundária de petróleo: Uma técnica da
indústria petrolífera que, através da injecção de fluidos como
água ou CO2 no reservatório, permite a mobilização de
petróleo e assim aumentar a produção deste.
Reservatório: corpo de rocha ou sedimento com
porosidade e permeabilidade suficiente para albergar e
armazenar CO2. A maior parte dos reservatórios são
constituídos por arenito ou calcário.
Salmoura: água muito salgada, ou seja, contendo
concentrações elevadas de sais dissolvidos.
Selante: camada de rocha impermeável que actua como
uma barreira à movimentação de líquidos e gases e que,
quando cobre um reservatório, constitui uma armadilha.
Supercrítico: o estado de um fluido a pressões e
temperaturas acima dos valores críticos (31,03ºC e 7,38
MPa para CO2). As propriedades de estes fluidos variam de
uma maneira contínua, próximas de um gas a baixas
pressões e próximas de um líquido a altas pressões.
Análogo natural: reservatório de CO2 natural. Existem tanto
locais com ou sem fugas e o seu estudo pode melhorar a
compreensão do destino a longo prazo do CO2 em sistemas
geológicos profundos.
Aquífero: corpo rochoso permeável contendo água. Os
aquíferos mais superficiais contêm água doce para
consume humano. Os aquíferos a maiores profundidades
estão preenchidos por água salgada que não é adequada
para as necessidades humanas. Estes são denominados de
aquíferos salinos.
CCS: Sigla em inglês para a captura e armazenamento de
CO2.
Cobertura: os estratos geológicos localizados entre o
selante do reservatório e a superfície terrestre ou marinha.
CSLF: Sigla em inglês do Fórum de Liderança de Sequestro
de CO2. Uma iniciativa internacional de mudança climática
focada no desenvolvimento de melhores e mais baratas
tecnologias para a separação e captura de dióxido de
carbono e seu transporte e armazenamento seguro a longo
prazo.
EU Geocapacity: um projecto europeu de investigação
finalizado, que avaliou a capacidade de armazenamento
geológico existente na Europa para as emissões de CO2
antropogénico.
IEA-GHG: Sigla em inglês do programa de investigação e
desenvolvimento em gases de efeito estufa, da Agência
Internacional de Energia. Uma colaboração internacional
dirigida à avaliação de tecnologias para a diminuição de
emissões de gases com efeito estufa, à divulgação dos
resultados destes estudos, à identificação de prioridades
para a investigação, desenvolvimento e demonstração e à
promoção de trabalhos apropriados.
Injectividade: medida da facilidade com a qual um fluido
(como CO2) pode ser injectado numa formação geológica. É
definida pela taxa de injecção dividida pelo diferencial de
pressão entre o ponto de injecção no fundo do poço e da
formação.
IPCC: Sigla em inglês do Painel Inter-governamental para a
Mudança Climática. Esta organização foi criada em 1988
pelo WMO (Organização Meteorológica Mundial) para avaliar
a informação científica, técnica e socioeconómica relevante
para a compreensão da mudança climática, seus potenciais
impactos e opções para adaptação e mitigação. O IPCC e Al
Gore receberam o Prémio Nobel da Paz em 2007.
Referências adicionais:
Relatório Especial do Painel Intergovernamental para a Mudança Climática:
http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf
Página da Acção do Clima da Comissão Europeia sobre
captura e armazenamento de CO2 incluindo o contexto
legal e a implementação da Directiva CCS:
http://ec.europa.eu/clima/policies/lowcarbon/ccs_en.htm
Página de ferramentas de monitorização da IEA GHG:
http://www.co2captureandstorage.info/co2tool_v2.1beta/introduction.html
http://www.co2captureandstorage.info/co2tool_v2.1beta/introduction.htm
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O que é o CO2GeoNet?
O CO2GeoNet é uma comunidade científica Europeia a que
poderá recorrer para obter uma informação clara e
abrangente sobre o armazenamento geológico de CO2, uma
tecnologia inovadora e de importância vital para a mitigação
face às alterações climáticas. A CO2GeoNet foi iniciada pela
Comissão Europeia como uma rede de excelência no âmbito
do 6º Programa Quadro (contrato EC FP6 2004-2009).
Agrega 13 institutos de 7 países europeus, todos com um
elevado perfil internacional e massa critica em termos de
investigação no armazenamento geológico de CO2. Em
2008, a CO2GeoNet foi registada como uma Associação
sem fins lucrativos, no quadro legal francês, para dar
continuidade às suas actividades para além da duração do
apoio da CE.
A CO2GeoNet tem uma vasta experiência em projectos de
investigação orientados para: o reservatório, a formação
geológica confinante, potenciais vias de migração do CO2 até
à superfície do terreno, ferramentas de monitorização,
potenciais impactos no Homem e nos ecossistemas,
Percepção pública e comunicação. A CO2GeoNet oferece
uma variedade de serviços em quatro domínios principais: 1)
investigação conjunta; 2) treino e capacitação;
aconselhamento científico; 4) informação e comunicação.
A CO2GeoNet adquiriu progressivamente peso e tornou-se
numa referência científica durável e numa autoridade na
Europa, capaz de fornecer o suporte científico necessário
para o desenvolvimento seguro e em larga escala do
armazenamento geológico de CO2. A expansão desta
comunidade para lhe dar uma cobertura pan-europeia está
em curso através do projecto CGS Europe, uma Acção de
Coordenação financiada pelo EC-FP7 (2010-2013). O CGS
Europe junta o núcleo duro da Associação CO2GeoNet com
21 outros institutos de investigação, abrangendo desta
forma 28 países europeus (24 Estados Membro e 4 Países
Associados). Como resultado, está disponível um conjunto
de várias centenas de cientistas, capaz de lidar com todos os
aspectos envolvidos no armazenamento geológico de CO2,
através de abordagens integradas multidisciplinares. O
nosso objectivo é dotar os interessados e o público em geral
de informação independente cientificamente suportada
sobre o armazenamento geológico de CO2.
CO2GeoNet: a rede Europeia de Excelência no
Armazenamento Geológico de CO2
BGR (Alemanha); BGS (Reino Unido);
BRGM (França); GEUS (Dinamarca);
HWU (Reino Unido); IFPEN (França);
IMPERIAL (Reino Unido); NIVA
(Noruega); OGS (Itália); IRIS (Noruega);
SPR Sintef (Noruega); TNO (Holanda);
URS (Itália)
www.co2geonet.eu
CGS Europe: A Acção de Coordenação Pan-Europeia
no Armazenamento Geológico de CO2
CO2GeoNet (os 13 membros acima
listados); CzGS (República Checa); GBA
(Áustria); GEOECOMAR (Roménia);
GEO-INZ (Eslovénia); G-IGME (Grécia);
www.cgseurope.net
GSI (Irlanda); GTC (Lituânia); GTK
(Finlândia); LEGMC (Letónia); LGI
(Hungria); LNEG (Portugal); METU-PAL (Turquia); PGI-NRI
(Polónia); RBINS-GSB (Bélgica); SGU (Suécia); SGUDS
(Eslováquia); S-IGME (Espanha); SU (Bulgária); TTUGI
(Estónia); UB (Sérvia); UNIZG-RGNF (Croácia)
A CO2GeoNet adquiriu um amplo reconhecimento no
cenário Europeu e internacional
A CO2GeoNet reconhecida pelo Carbon
Sequestration Leadership Forum (CSLF)
CO2GeoNet colabora proximamente
com o Greenhouse Gas Programme
of the International Energy Agency
(IEAGHG)
Enquadramento da brochura
A fim de sensibilizar o público para o armazenamento
geológico de CO2, a CO2GeoNet abordou a questão
primordial: "O que significa realmente o armazenamento
geológico de CO2?".Uma equipa de eminentes cientistas da
CO2GeoNet preparou respostas do estado da arte para seis
questões pertinentes, com base investigação e experiência
em todo o mundo. O objectivo era fornecer informação
científica clara e imparcial a um público vasto e incentivar o
diálogo sobre questões essenciais relativas aos aspectos
técnicos de armazenamento geológico de CO2. Este
trabalho, sumariamente apresentado nesta brochura, foi
apresentado durante um seminárioque ocorreu em Paris a
3 de Outubro de 2007.
"O que significa realmente o armazenamento geológico de
CO2?" Pode ser descarregado em vários idiomas em:
www.co2geonet.com/brochure
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O que significa realmente o armazenamento geológico de CO2?
www.co2geonet.eu
Secretariado: [email protected]
A versão em português foi traduzida pelo Laboratório Nacional de Energia e Geologia
BGS Natural Environment Research Council-British Geological Survey, BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe,
BRGM Bureau de Recherches Géologiques et Minières, GEUS Geological Survey of Denmark and Greenland, HWU Heriot-Watt
University, IFPEN IFP Energies nouvelles, IMPERIAL Imperial College of Science, Technology and Medicine, NIVA Norwegian Institute
for Water Research, OGS Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale, IRIS International Research Institute of
Stavanger, SPR SINTEF Petroleumsforskning AS, TNO Netherlands Organisation for Applied Scientific Research,
URS Università di Roma La Sapienza-CERI
ISBN: 978-2-7159-2453-6
Impresso em Abril 2013 - Design Gráfico: BL Communication
CO2GeoNet
A Rede Europeia de Excelência
no armazenamento geológico de CO2