En el diseño, desarrollo y funcionamiento de un proyecto CAC, deben existir una serie de controles para evaluar que se cumplan los objetivos establecidos respecto a la ejecución correcta de los procesos del proyecto. Las fugas de CO2 desde un
emplazamiento de almacenamiento hacia la superficie están asociadas a riesgos en la salud humana y el medio ambiente. Entre las situaciones que pudieran suceder, según Pruess, K. (2006), se mencionan los siguientes:
21
Acidificación de las aguas subterráneas.
Riesgo de asfixia en zonas de la superficie terrestre, especialmente en zonas poco ventiladas o depresiones.
Aumento de la concentración atmosférica de CO2 en la zona.
Daños debido a una descarga eruptiva de alta energía, siempre y cuando sea físicamente posible.
Por otra parte, estos controles deben permitir la obtención de información que contribuya a la investigación y mejora de ese tipo de proyectos (Arts, R., 2005). Es importante que durante la fase de captura se realice la separación de CO2 en altos
porcentajes, también es importante en la fase de transporte desde el punto de emisión al lugar de almacenamiento evitar posibles escapes de CO2 (EIAGHG, 2014) (IPCC, 2005).
Los controles en las zonas de almacenamiento geológico están dirigidos a verificar que no se produzcan escapes de gas que comprometan la efectividad del proyecto CAC, ni representen riesgos tanto a los seres humanos como al medio ambiente. Por lo tanto, se debe realizar una caracterización de la formación rocosa y del entorno donde se determinen las características del mismo y los valores de fondo naturales de CO2
presentes en el suelo. El emplazamiento debe cumplir una serie de condiciones: un estrato superior impermeable que evite el escape del gas, presentar una formación rocosa porosa y permeable con alta capacidad de almacenamiento, accesibilidad a los puntos de generación de emisiones y/o buenas conexiones, y tener estabilidad sísmica y poca fracturación (fallas) (Arts, R., 2005).
Como el objetivo principal de un proyecto CAC es retener el CO2, existen diversas
metodologías y técnicas que permiten evaluar la integridad del almacenamiento en la formación rocosa. Las tareas de control se clasifican según qué zona del emplazamiento que se van a evaluar. Las técnicas a utilizar deben tener en cuenta que es necesario estudiar (i) el subsuelo, (ii) la superficie y (iii) atmósfera (EIAGHG, 2014) (Shuler, P., 2005). Ver Figura 5.
En el primer grupo las técnicas, encargadas del estudio del subsuelo, son muy similares a las utilizadas en la industria de exploración y producción de hidrocarburos, y ofrecen datos sobre el comportamiento del fluido inyectado en la formación para
almacenamiento, por lo que ayudan a determinar la efectividad del proceso de almacenamiento del CO2 a lo largo del tiempo en la formación. Se incluyen métodos
como las prospecciones sísmicas, las modelizaciones de plumas de CO2, la verificación
de presiones en pozos inyectores, el análisis de aguas subterráneas de acuíferos cercanos al emplazamiento y otras muchas técnicas.
Figura 5. Esquema de técnicas de monitorización de CO2. Fuente: British Geologic Survey. (IPCC, 2005)
En cambio, el grupo de metodologías de superficie y atmosféricas se enfocan en la detección de fugas de CO2 u otros gases trazas asociados a las formaciones de
almacenamiento. Los esfuerzos se dirigen en determinar que el gas almacenado no se escape por fallas o pozos, o que se vea comprometida la estabilidad de la capa sello en la formación. Las técnicas se agrupan de acuerdo a su naturaleza, por ejemplo, están las técnicas geoquímicas de estimación de concentración de CO2 en suelo in situ por
métodos estacionarios o móviles, o las técnicas de medición de magnitudes físicas in situ como la medición de concentración de CO2 por espectroscopia “Covarianza de Eddy”.
Entre las técnicas utilizadas, se encuentra algunas de largo alcance territorial como la adquisición de datos por teledetección (IEAGHG, 2012; Shuler, P., 2005).
De lo anterior expuesto, existen muchas técnicas que están dirigidas a la detección de las fugas y/o su lugar de origen, así como el volumen de gas fugado con el fin de cerciorar la efectividad del proyecto CAC y ofrecer información que colabore con la aceptación de la opinión pública del control de los posibles riesgos existentes (IEAGHG, 2012). La Tabla
23
2 resume algunas de estas técnicas y los casos en que su uso es adecuado. Adicionalmente todas éstas técnicas también son aplicables para la elaboración de los estudios de línea base de CO2, lo que permite diferenciar cuando un flujo de este gas es
debido a fluctuaciones naturales de la actividad microbiana y vegetal del suelo, de posible fugas de CO2 provenientes de la inyección.
Es conveniente que el enfoque para establecer una metodología de control de fugas abarque dos o más de algunas de estas técnicas. Este criterio es importante ya que ningún método es 100% infalible poseyendo distintos grados de sensibilidad. Además, los métodos se adecúan apropiadamente según la extensión de territorio a estudiar, el tipo de fuga (difusa o puntual) y el flujo de la fuga.
Al diseñar la estrategia de monitorización también conviene considerar distintas etapas basadas en técnicas que aborden la problemática desde distintas escalas, partiendo de aquellas que puedan abarcar grandes extensiones para detectar posibles indicios de fugas, como es el caso de la teledetección, para posteriormente utilizar otras técnicas más localizadas (estimación de flujos de CO2 con cámara de acumulación) permitiendo
cerciorarse si en realidad hay fugas o no. En un paso posterior debería procederse a cuantificar las fugas en caso de que existieran.
La teledetección se contempla como una opción viable junto a otras técnicas para identificar zonas potenciales de fugas de CO2. El planteamiento básico es que en una
primera fase la teledetección permitiría identificar zonas o puntos potenciales de fuga, que luego podrían ser corroborados a través de métodos in situ más localizados y precisos. El gran desafío que presenta el uso de la teledetección es determinar que elementos de la superficie terrestre se identificarán y como se relacionan con el CO2
(IEAGHG, 2012; Spangler, L. et al., 2009).
En ese sentido, Spangler, L. et al (2009), apoyados por el grupo de investigación ZERT (Zero Emissions Research and Technology Center), ha propuesto evaluar distintas técnicas de detección de fugas de CO2 en emplazamientos de almacenamiento geológico
que permitiesen obtener datos para desarrollar estrategias de monitorización y comprender los mecanismos que influyen en el transporte de este gas a través del suelo, aguas y plantas. Para ello, construyeron una infraestructura de liberación controlada de CO2 que simulaba las condiciones que podría presentar una fuga e instalaron los
distintos dispositivos que utilizaron para la detección de CO2 sobre este terreno. Las
técnicas consideradas fueron las siguientes: medidas de flujo de CO2 en el suelo con la
cámara de acumulación, medidas de flujo de CO2 netas por covarianza de Eddy,
trazadores perfluorocarbonados, medidas de absorción diferencial usando instrumentos basados en laser, atmósfera y gas del suelo, isótopos estables, análisis de la química del agua y estudio de la salud de las plantas.
Entre sus conclusiones destacan que la mayoría de las técnicas fueron capaces de detectar niveles elevados de CO2 en el suelo o la atmósfera, hasta en tasas de flujos
relativamente bajas. Inclusive fueron capaces de detectar el estrés de las plantas inducido por el CO2 a pesar de las condiciones adversas de temperaturas altas y
25
Tabla 2.Idoneidad de métodos de monitorización disponibles para la detección y cuantificación de CO2 en un emplazamiento de almacenamiento. (IEAGHG, 2012)
M o n ito ri zac ió n ac u ática
Método de monitorización Métodos Sonar Química de
superficie acuática
Química de corriente de burbujas marinas
Cuantificación de fuga Batimetría de sonar de
escaneo lateral Batimetría de lecho marino multihaz Detección corriente de burbujas Tasa de fuga Bajo (100 g/d)
Medio (100 kg/d) Depende del caso
Alto (100 t/d) Tipo de fuga
Difusa Depende del caso Depende del caso Depende del caso
Puntos dispersos
Fuga localizada Depende del caso Depende del caso
M o n ito ri zac ió n atm o sf é ri ca
Método de monitorización Trayecto largo y abierto
(Láseres diodo IP) Trayecto corto abierto (Láseres diodo IR)
Trayecto corto y cerrado (NDRIs e IR)
Covarianza de Eddy Cuantificación de fuga
Tasa de fuga
Bajo (100 g/d)
Medio (100 kg/d) Depende del caso
Alto (100 t/d) Tipo de fuga
Difusa Depende del caso Depende del contraste con los valores de fondo Depende del caso
Puntos dispersos Fuga localizada M o n ito ri zac ió n su p e rfi ci al d e su b -su p e rfi ci e Método de monitorización
Flujo y gas del suelo Química de fluido Métodos hidroquímicos Marcadores Geoquímica
del suelo
Cuantificación de fuga Tasa de fuga
Bajo (100 g/d) Dependiente del tamaño de la
fumarola y los niveles de fondo
Descargas localizadas de reservas fracturadas solamente Medio (100 kg/d)
Alto (100 t/d)
Tipo de fuga
Difusa Dependiente del contraste de
anomalía/niveles de fondo de la fuga
Tasas de fuga bajas puede que no sean detectables Puntos dispersos
Fuga localizada Requiere de grandes flujos y
anomalías geoquímicas extensas
M o n ito ri zac ió n d e e co si ste m as
Método de monitorización Ecosistemas
terrestres Ecosistemas marinos Tel e d e te cc ió n
Método de monitorización Imágenes espectrales
satelitales y aéreas EM aéreo
Cuantificación de fuga Cuantificación de fuga
Tasa de fuga
Bajo (100 g/d)
Tasa de fuga
Bajo (100 g/d)
Medio (100 kg/d) Depende del caso Depende del caso Medio (100 kg/d) Depende del caso
Alto (100 t/d) Alto (100 t/d)
Tipo de fuga
Difusa Depende del caso Depende del caso
Tipo de fuga
Difusa Depende del caso
Puntos dispersos Puntos dispersos