In het klimaatakkoord van Parijs hebben de lidstaten afgesproken dat de gemiddelde temperatuur op de aarde niet meer dan 2 graden mag stijgen. Een van de manieren om deze stijging tegen te gaan is met technologieën die CO2 gassen opvangen en ondergronds opslaan, zodat ze niet in de atmosfeer vrijkomen. Om deze methoden te ondersteunen, zijn robuuste en nauwkeurige modellen nodig, met name om CO2-stromingen in pijpleidingen en putten te simuleren. CWI en Shell bundelen hun krachten in een nieuw project om deze uitdaging aan te gaan. Zij stellen een PhD student aan om de komende vier jaar aan het project te werken.
Voordat CO2 ondergronds wordt opgeslagen, moet het gas afgescheiden worden van andere gassen die geproduceerd zijn door grote elektriciteitscentrales of industriële installaties, en moet het getransporteerd worden door pijpleidingen. Om dit transport te optimaliseren wordt wiskunde gebruikt om het te modelleren en simuleren. Een van de grootste problemen daarbij komt voort uit faseovergangen (bijvoorbeeld van gas naar vloeistof) en een gevoeligheid voor verontreinigingen (onzuiverheden).
Benjamin Sanderse, hoofd van CWI’s Scientific Computing groep, legt uit: “Tijdens het transport van CO2 is de stof niet in een gas- of vloeibare fase maar in een tussenfase, ook wel bekend als de ‘dichte fase’. Als de CO2 in dichte fase wordt geïnjecteerd en ondergronds wordt opgeslagen in een reservoir, veranderen de druk en de temperatuur, waardoor de dichte fase kan veranderen in een vloeistof of een gas, net als in je favoriete koolzuurhoudende frisdrank. Zulke veelfasige stromingen zijn moeilijk te voorspellen”.
Bij CWI zal de promovendus in dit project een geavanceerde wiskundige methode voor betere simulaties ontwikkelen en verbeteren. In detail: zij of hij zal een nieuw discretisatiemodel opstellen voor de behoudswetten die de stroom van CO2 in de leidingen bepalen. Een belangrijke uitdaging is dat het model de snelle faseovergangen in CO2 moet kunnen opvangen door het herformuleren van de energievergelijking in termen van druk en enthalpie. Verder zullen nieuwe discretisatietechnieken worden ontwikkeld die in staat zijn om om te gaan met smalle 'fase-enveloppen', waarbij de rigiditeit wordt aangepakt die wordt veroorzaakt door de snelle faseovergang.
Voortdurende samenwerking
Het project ‘Robust numerical modelling for transient multiphase CO2 transport’, is deel van een voortdurende samenwerking tussen CWI en Shell en bouwt voort op eerdere projecten zoals ‘Digital twins for leak detection and on discretization methods for slug capturing in two-phase flow’. Het huidige project wordt gefinancierd door Shell (op de Energy Transition Campus Amsterdam), zal vier jaar duren en zal worden uitgevoerd door de Scientific Computing groep van CWI.
Over de foto: reductie van CO2 -uitstoot door het optimaliseren van het opvangen, benutten en opslaan van koolstof (CCUS) vraagt om nieuwe wiskundige modelleringstechnieken, zoals die zullen worden ontwikkeld door CWI in samenwerking met Shell. Foto: Alberta Carbon Trunk Line, door Wolf Midstream/North American Energy Pipelines.
