Ein Forscherteam arbeitet an einem multidisziplinären Ansatz, um die Erforschung von Schiefergestein als geeignete geologische Abdichtung für die Rohstoffgewinnung und unterirdische Lagerung voranzutreiben. Da der Porenraum in Schiefergestein überwiegend im Submikrometerbereich liegt, konzentrieren sich diese Studien auf den Mikro- und Nanomaßstab.
Die Arbeit der Gruppe umfasst die Entwicklung von Elektronentomographie-Funktionen für die Schieferabbildung, die Simulation der Methanadsorption und des Methantransports in Schiefergestein, die Untersuchung der Auswirkungen von überkritischem Kohlendioxid auf die Porenstrukturen von Schiefergestein und andere damit verbundene Bereiche.
Die neuesten veröffentlichten Ergebnisse, die erscheinen In Physik der Flüssigkeitenbeinhalten die Simulation des Methanflusses durch Kanäle in Schiefergestein im Nanomaßstab sowie experimentelle Arbeiten darüber, wie gekoppelte mechanische und chemische Prozesse dazu beitragen, die Versiegelungseigenschaften von Schiefergestein zu verbessern.
Schiefer ist ein Sedimentgestein, das aus winzigen Körnern aus Kieselsäure, Ton und anderen Mineralien besteht. Viele Gesteinsarten weisen in einem bestimmten Brocken dieses Gesteins nur wenige physikalische oder chemische Unterschiede auf. Schiefer ist anders – er weist eine riesige Mischung physikalischer und chemischer Eigenschaften auf. Zu diesen Eigenschaften gehören winzige Poren in Nanogröße, die mit millimetergroßen Rissen verbunden sind.
Diese Größenunterschiede beeinflussen die Art und Weise, wie sich Flüssigkeiten durch Schiefer bewegen. Flüssigkeiten bewegen sich auf ungewöhnliche Weise durch diese Poren und Risse, die mit herkömmlichen analytischen und numerischen Werkzeugen nur schwer zu messen und zu modellieren sind. Forscher entwickeln derzeit neue Werkzeuge, um chemische und physikalische Prozesse in Schiefer zu untersuchen, zu charakterisieren und zu simulieren. Dabei interessieren sie sich insbesondere für Schieferdeckgestein – Gesteinsschichten, die dem Transport durch sie recht widerstandsfähig sind, wodurch Deckgestein ideal für die Speicherung von Flüssigkeiten in den darunter liegenden Gesteinsschichten ist, die es versiegelt.
Wissenschaftler müssen umfassend verstehen, wie sich Flüssigkeiten durch Schiefergestein bewegen, da dieses Material viele potenzielle Rollen für die nationale Wirtschaftssicherheit und die Zukunft unserer Umwelt spielen kann. Schiefergestein ist für US-Verbraucher und Industrie zu einer wichtigen Erdgas- und Ölquelle geworden und verringert die Abhängigkeit von ausländischen Lieferungen. Schiefergestein ist auch das Deckgestein oder die Abdichtung, die die Aufwärtswanderung von Kohlendioxid verhindert, das an großen Emissionsstandorten aufgefangen oder aus der Atmosphäre entfernt und im Untergrund gespeichert wurde.
Diese Technologie könnte bei den umfassenderen Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels eine Rolle spielen. Schiefer könnte auch Wasserstoff und andere alternative Kraftstoffe speichern und diese so zu einer brauchbaren Alternative zu Erdöl machen. Neue Werkzeuge und Daten liefern den Wissenschaftlern die Informationen, die sie benötigen, um zu verstehen, wie Schiefer in diesen und anderen Anwendungen funktioniert.
Weitere Informationen:
Lingfu Liu et al., Skalenübersetzung liefert Einblicke in die Gasadsorption unter Nanokonfinierung, Physik der Flüssigkeiten (2024). DOI: 10.1063/5.0212423