L’estudi, liderat per l’IDAEA-CSIC, presenta una nova eina experimental per millorar la seguretat de l’emmagatzematge subterrani de CO₂.
Salines. | Angelo Villalobos en Pixabay
L’emmagatzematge geològic de diòxid de carboni (CO₂) es considera una de les estratègies més prometedores per frenar el canvi climàtic. Consisteix a capturar el gas i injectar-lo en formacions geològiques profundes, com antics jaciments de petroli o aqüífers salins. Entendre aquest procés des d’un punt de vista físic, geològic i hidrològic és molt complex, però també imprescindible per implementar-lo de manera segura i a gran escala.
Investigadors de l’Institut de Diagnosi Ambiental i Estudis de l’Aigua (IDAEA-CSIC) i de l’Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (IRPHE) han desenvolupat una nova eina experimental per entendre millor aquest procés. El treball, liderat pel investigador de l’IDAEA Juan J. Hidalgo, s’ha publicat a la revista Physical Review Fluids i podria ajudar a millorar la seguretat i l’eficiència de l’emmagatzematge subterrani de CO₂.
Per què injectar CO₂ en aqüífers salins?
Els aqüífers salins, formacions geològiques saturades d’aigua salada, tenen una gran capacitat per emmagatzemar CO₂. Aquest procés té una particularitat: quan s’injecta, el CO₂ passa a estat supercrític: una fase intermèdia entre gas i líquid que s’assoleix a altes pressions i temperatures. En aquest estat, el CO₂ és menys dens que la salmorra i tendeix a ascendir, com una bombolla gegant.
Dues opcions d’emmagatzematge geològic de CO₂. | Alejandro Rodríguez (IDAEA-CSIC)
Aquest comportament planteja un repte: si el CO₂ arriba a fractures o pous abandonats, podria escapar a la superfície. Per evitar-ho, és clau que el gas es barregi bé amb la salmorra i s’hi dissolgui.
La barreja inestable de CO₂ i salmorra afavoreix la injecció al subsòl
Quan el CO₂ supercrític comença a dissoldre’s en la salmorra, es forma una capa intermèdia més densa que totes dues fases per separat. Aquesta configuració (a dalt: CO₂ lleuger; al mig: barreja més densa de CO₂ i salmorra; a baix: salmorra més lleugera) genera una situació física inestable, semblant a tenir oli flotant sobre aigua.
Aquesta inestabilitat dona lloc al que els científics anomenen “digitacions”: estructures ramificades que penetren com dits en el líquid inferior.
“Aquests moviments augmenten la barreja entre el CO₂ i la salmorra, i això és positiu perquè com més dissolt està el CO₂, menys possibilitats hi ha que s’escapi, i tot el procés és més segur”, explica Juan J. Hidalgo, investigador de l’IDAEA i autor principal de l’estudi.
Representació gràfica de les digitacions formades durant la injecció de CO₂. Simulacions en un medi homogeni (centre) i heterogeni (dreta). | Juan J. Hidalgo
El nou experiment representa millor l’heterogeneïtat del subsòl
Fins ara, aquests fenòmens s’havien estudiat amb models numèrics o amb cel·les de Hele-Shaw: dues plaques transparents molt properes entre si que simulen el flux en medis porosos. Però aquests models són massa simplificats, ja que no capten bé la realitat geològica, és a dir, les variacions en forma i permeabilitat del subsòl.
El treball de Rima Benhammadi, Patrice Meunier i Juan J. Hidalgo aporta una innovació clau: una nova cel·la experimental amb topografia. És una versió modificada de la cel·la de Hele-Shaw que incorpora relleus i estructures que imiten la complexitat del terreny subterrani. Gràcies a aquesta topografia controlada, han pogut estudiar amb precisió com les irregularitats del terreny afecten la formació de digitacions i l’eficiència de l’emmagatzematge de CO₂.
Patrons experimentals de digitacions. | Adaptat de Benhammadi et al., 2025.
Què permet la nova cel·la experimental?
Amb la nova cel·la de Hele-Shaw amb topografia, els investigadors han pogut quantificar diferents paràmetres relacionats amb la inestabilitat de la barreja: la longitud d’ona, el nombre d’ones o l’amplitud de les digitacions. A diferència d’estudis anteriors, que mesuraven els fluxos de dissolució, aquest treball se centra en com la heterogeneïtat del terreny modifica el patró d’inestabilitat.
Tot i que encara no es pot predir amb precisió com afectarà una estructura geològica determinada al comportament del CO₂, aquest experiment representa un gran pas endavant.
“Aquest treball ens acosta a l’objectiu ideal: poder relacionar els paràmetres que descriuen la heterogeneïtat del medi amb el comportament de les inestabilitats: quines formes adopten, quant triguen a desenvolupar-se i com afecten la dissolució del CO₂”, conclou Hidalgo.
Alicia S. Arroyo
Comunicació i Divulgació | IDAEA
