Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

Τίτλος εργασίας: Στοχεύοντας σε Διεργασίες Μηδενικού Ανθρακικού Αποτυπώματος: Ο Ρόλος της Γεωλογικής Αποθήκευσης CO₂-Θεωρητική και Πειραματική Προσέγγιση.
Τίτλος εργασίας στα αγγλικά: Towards Zero-Carbon Footprint Processes: The Role of Geological CO₂ Storage–A Theoretical and Experimental Approach.

Τριμελής εξεταστική επιτροπή

1. Γ. Ξηρουδάκης, Επικ. Καθηγητής (επιβλέπων).
2. Σ. Μπέλλας, Κύριος Ερευνητής (ΙΤΕ/ΙΓ), (συνεπιβλέπων).
3. Ι. Γεντεκάκης, Δ/ντής ΙΓ/ΙΤΕ, Καθηγητής Πολυτεχνείου Κρήτης (ΧΗΜΗΠΕΡ)

Περίληψη

Η αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης και η παγκόσμια ανάγκη για μείωση των εκπομπών CO2 καθιστούν επιτακτική την ανάπτυξη τεχνολογιών δέσμευσης και αποθήκευσής του μακριά από την ατμόσφαιρα. Τέτοιοι αποθηκευτικοί χώροι αποτελούν υπόγειοι πορώδεις γεωλογικοί σχηματισμοί και ειδικότερα ψαμμιτικοί ταμιευτήρες, καθώς η ικανότητά τους να συγκρατούν με ασφάλεια το διοξείδιο του άνθρακα υπό υψηλές πιέσεις διασφαλίζει τη μόνιμη αποθήκευσή του υπόγεια.

Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην πειραματική μελέτη του φαινομένου της ρόφησης αέριου CO2 σε δυο πορώδη δείγματα ψαμμιτικού πετρώματος με προέλευση το ένα από την περιοχή του Πενταλόφου της Μεσοελληνικής Αύλακας και το δεύτερο από τον εξαντλημένο ταμιευτήρα Varg της Νορβηγίας. Μέσω πειραματικών δοκιμών υψηλής πίεσης σε εύρος θερμοκρασιών 30 με 50οC, υπολογίστηκαν οι ακριβείς ποσότητες CO2 που ροφήθηκαν από τα δείγματα ανά μονάδα μάζας. Στη συνέχεια, ακολούθησε η ανάλυση και αξιολόγηση της θερμοδυναμικής συμπεριφοράς των δειγμάτων με τη χρήση των ισόθερμων καμπυλών που σχηματίστηκαν υπό μεταβαλλόμενες θερμικές συνθήκες.

Ο φασματοσκοπικός και ορυκτολογικός χαρακτηρισμός των δειγμάτων πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση φθορισμού ακτινών-Χ (XRF), περιθλασιμετρίας ακτινών-Χ (XRD) και φασματοσκοπία υπερύθρου (FT-IR), με στόχο τη μελέτη της χημικής σύστασης και των ορυκτολογικών και φασματοσκοπικών χαρακτηριστικών τους.

Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα, η ροφημένη ποσότητα CO2 αποδείχθηκε ότι αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης ισορροπίας και μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και στα δυο δείγματα ψαμμίτη. Ο ψαμμίτης από τον ταμιευτήρα Varg παρουσίασε μεγαλύτερη ικανότητα ρόφησης ανά μονάδα μάζας σε σχέση με του Πενταλόφου σε κοινές συνθήκες. Επίσης, με τον ορυκτολογικό χαρακτηρισμό εντοπίστηκαν οι διαφοροποιήσεις στο συνδετικό υλικό και την αργιλική μήτρα των δυο δειγμάτων. Τέλος, τα αποτελέσματα της μελέτης XRD και FT-IR του δείγματος Πενταλόφου πριν και μετά την έκθεση σε CO2 δεν παρουσίασαν μεταβολές στις ορυκτολογικές φάσεις και κορυφές των διαγραμμάτων.

Λέξεις κλειδιά: Γεωλογική αποθήκευση CO₂, μηδενικό ανθρακικό αποτύπωμα, ψαμμιτικοί ταμιευτήρες, Πεντάλοφος.

Abstract

Combating the climate crisis and the urgent global demand to reduce CO2 emissions have made the development of Carbon Capture and Storage technologies essential. Deep underground geological formations, specifically porous sandstone reservoirs, serve as ideal storage sites, as their ability to safety contain carbon dioxide under high pressure ensures its permanent underground isolation.

 The present diploma thesis focuses on the experimental study of the gaseous CO2 sorption phenomenon on two porous sandstone rock samples, with the origin of the first being from Pentalofos area of the Mesohellenic Trough and the second from the depleted Varg reservoir in Norway. Through high-pressure experimental tests in a temperature range of 30 to 50oC, the exact quantities of CO2 sorbed by the samples per unit mass were calculated. Subsequently, the analysis and evaluation of the thermodynamic behavior of the samples followed, using the isotherms formed under changing thermal conditions.

 The spectroscopic and mineralogical characterization of the samples was carried out using X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), with the aim of investigating their chemical composition, as well as their mineralogical and spectroscopic characteristics.

 Based on the experimental results, the amount of sorbed CO2 was found to increase with increasing equilibrium pressure and decrease with the increasing temperature in both sandstone samples. The sandstone from the Varg reservoir exhibited a higher sorption capacity per unit mass than Pentalofos sandstone under comparable conditions. Furthermore, the mineralogical characterization revealed differences in the cementing material kai clay matrix of the two samples. Finaly, comparison of the XRD and FT-IR analysis of the Pentalofos sample before and after CO2 exposure revealed no observable changes in the mineralogical phases or characteristic spectral peaks.

Keywords: Geological CO₂ storage, zero carbon footprint, sandstone reservoirs, Pentalofos.