Skip to main content
Menu
English edition Live Blog Weekly Issues

Η Ακαδημία Αθηνών "υποδέχτηκε" το fracking - Το αίνιγμα που περιορίζει τη δυναμική του

Δημήτρης Κοιλάκος

Σε μια περίοδο που το σχιστολιθικό πετρέλαιο και αέριο "απειλούν" να αλλάξουν τις ισορροπίες της διεθνούς ενεργειακής αγοράς, ένας εκ των κορυφαίων επιστημόνων που με το έργο του έχει καθορίσει τις εξελίξεις στο fracking βρέθηκε στη χώρα μας για να τιμηθεί για το επιστημονικό του έργο. 

Η Ακαδημία Αθηνών υποδέχτηκε χθες, κατά τη διάρκεια δημόσιας συνεδρίας, τον ξένο εταίρο κ. Zdeněk Bažant (φωτό), Καθηγητή Μηχανικής και Γεωϋλικών του Πανεπιστημίου Northwestern.

Ο κ. Bažant, γεννηθείς το 1937 στην Πράγα, θεωρείται διεθνώς ως ένας εκ των κορυφαίων επιστημόνων στη Μηχανική των Στερεών και των Δομών. Ο Zdeněk Bažant είναι συγγραφέας 6 επιστημονικών συγγραμάτων, καθώς και 2 εγχειριδίων, έχει επιμεληθεί την έκδοση 20 επιστημονικών συγγραμμάτων, ενώ έχει περισσότερες από 600 επιστημονικές δημοσιεύσεις.

Το νέο μέλος προσφώνησε ο Πρόεδρος της Ακαδημίας Αθηνών κ. Αντώνιος Ν. Κουνάδης και, στη συνέχεια, ο Ακαδημαϊκός κ. Εμμανουήλ Γδούτος παρουσίασε το επιστημονικό του έργο.

Ακολούθως, ο κ. Zdeněk Bažant απηύθυνε ομιλία με θέμα “Hydraulic fracturing of shale for gas or oil extraction” θέμα (Υδραυλική Θραύση Σχιστολίθων για Εξόρυξη Φυσικού Αερίου ή Πετρελαίου).

Το αίνιγμα που περιορίζει τη δυναμική του fracking

Στην ομιλία του, ο καθηγητής Bažant αναφέρθηκε στην εκπληκτική πρόσφατη επιτυχία της οριζοντίου εξόρυξης και υδραυλικής θραύσης του σχιστολίθου για εξαγωγή φυσικού αερίου ή πετρελαίου, γνωστή και ως fracking (ή διαδικασία frac), που αναπτύχθηκε τα τελευταία εβδομήντα χρόνια (χωρίς κρατική χρηματοδότηση), εξασφάλισε την ενεργειακή ανεξαρτησία των ΗΠΑ στο άμεσο μέλλον, άλλαξε την παγκόσμια γεωπολιτική κατάσταση και εξασφάλισε ότι οι εκπομπές CO2 ικανοποιούν τη συμφωνία του Τόκιο (που δεν υπεγράφη από την Αμερικανική Κυβέρνηση).

Ωστόσο, όπως σημείωσε ο κ. Bažant, η τοπολογία, η γεωμετρία, η εξέλιξη και η διαπερατότητα του συστήματος ρωγμών που παράγεται υδραυλικά στο σχιστόλιθο εξακολουθεί να είναι σε μεγάλο βαθμό ένα αίνιγμα που περιορίζει το δυναμισμό της τεχνολογίας fracking.

Πράγματι, όπως εξήγησε σήμερα περίπου μόνο το 5% του φυσικού αερίου, σπάνια αυξημένο στο 15%, εξάγεται από το σχιστολιθικό στρώμα.

Οι απόψεις των εμπειρογνωμόνων για το πώς απαντάται αυτό το αίνιγμα διαφέρουν ευρέως, όπως παρατήρησε ο κ. Bažant, κι έτσι απαιτείται επανεξέταση της μηχανικής της θραύσεως, της μηχανικής των πόρων και της διαπερατότητος.

Ενώ η διάδοση μιας μεμονωμένης υδραυλικής ρωγμής έχει διασαφηνιστεί, η βελτιστοποίηση της διαδικασίας fracking έχει περιοριστεί από τα κενά στην κατανόηση της ευστάθειας ενός συστήματος αλληλοεπιδρουσών ρωγμών, της διακλαδώσεως, της αποστάσεως και του πλάτους, των δυνάμεων που δημιουργούνται δια της διαχύσεως δια μέσου των πόρων των σχιστολίθων και της διαπερατότητος των παλαιών προϋπαρχουσών τεκτονικών ρωγμών.

Έτσι, όπως επεσήμανε ο κ. Bažant, απαιτούνται επιστημονικές ανακαλύψεις που θα επιτρέψουν την εξαγωγή μεγαλυτέρου ποσοστού αερίου ή πετρελαίου, θα μειώσουν τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις και θα μετριάσουν τη σεισμικότητα.

Στην κατεύθυνση αυτή εργάζεται ο κ. Bažant και η ομάδα του στο Πανεπιστήμιο Northwestern, έχοντας να επιδείξουν σημαντικά επιτεύγματα.

Στην ομιλία του, ο καθηγητής Bažant  αναφέρθηκε, επίσης, σε διάφορες ιδέες για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας, συμπεριλαμβανομένης της κοπής σχιστόλιθου κοντά στη διάτρηση του περιβλήματος από κύματα που παράγονται από ηλεκτρικό παλλόμενο τόξο, ενώ επεσήμανε τις αποκλίσεις στην βαθιά απομόνωση του CO2 και άλλων υγρών και στην εξαγωγή της γεωθερμικής ενέργειας από το θερμό ξηρό βράχο.

Οι πρόσφατες σημαντικές συνεισφορές του κ. Bažant στην επιστημονική έρευνα

Οι πιο πρόσφατες συνεισφορές του καθηγητή Bažant στην επιστημονική μελέτη των προαναφερθέντων προβλημάτων, συνίστανται στα εξής συμπεράσματα, τα οποία και παρουσίασε κατά τη διάρκεια της χθεσινής του ομιλίας στην Ακαδημία Αθηνών:

-Με ομοιόμορφη υδραυλική πίεση, αποφεύγεται η αστάθεια

Περιγράφοντας τις κλασσικές λύσεις των κρίσιμων καταστάσεων αστάθειας τοπικού εντοπισμού ενός συστήματος ψύξης ή συρρίκνωσης σε επίπεδη παραμορφωσιακή καταπόνηση, ο κ. Bažant κατέδειξε τη δυνατότητα μεταφοράς τους στο σύστημα υδραυλικών ρωγμών.

Σε αυτή τη βάση, συμπεραίνεται ότι εάν η υδραυλική πίεση κατά μήκος των ρωγμών μπορεί να γίνει σχεδόν ομοιόμορφη, με απότομη πτώση της πίεσης στο μέτωπο, τότε είναι δυνατόν να αποφευχθεί η αστάθεια, η οποία αυξάνει τον διαχωρισμό των ρωγμών.

-Οι προϋπάρχουσες τεκτονικές ρωγμές δεν εξηγούν την υψηλή διαπερατότητα του σχιστολίθου

Όπως έδειξε ο κ. Bažant, αποδεικνύεται ότι, αντίθετα με την ευρέως διαδεδομένη άποψη, οι προϋπάρχουσες τεκτονικές ρωγμές διάτμησης που προέκυψαν τα τελευταία 200 εκατομμύρια χρόνια δεν μπορούν να εξηγήσουν γιατί η διαπερατότητα του σχιστολίθου σε αέριο, που συνάγεται από το ρυθμό παραγωγής αερίου στο φρεάτιο, είναι περίπου 10.000 φορές υψηλότερη από τη διαπερατότητα του αερίου που μετρήθηκε σε δοκίμια. Αυτές οι τεκτονικές ρωγμές, εξήγησε ο κ. Bažant, πρέπει να είχαν κλείσει μέσα σε <1 εκατομμύριο χρόνια από το δευτερογενή ερπυσμό του σχιστόλιθου, το μέγεθος του οποίου υπολογίζεται από γεωλογικές παρατηρήσεις.

Επίσης, συνέχισε ο καθηγητής Bažant, καταδεικνύεται ότι ο παρατηρούμενος ήμισυς χρόνος μειώσεως του ρυθμού παραγωγής αερίου στην κεφαλή φρεατίου υποδηλώνει ότι η απόσταση των ρωγμών που δημιουργούνται από το fracking είναι της τάξης των 0,1 m (και όχι 10 m, όπως συνήθως λαμβάνεται υπόψη στη βιομηχανία πετρελαίου).

-Η πλευρική διακλάδωση ρωγμών μπορεί να εξηγηθεί αν ληφθούν υπόψη δυνάμεις βαρύτητας

Ο κ. Bažant επισημαίνει ότι η σημασία των δυνάμεων βαρύτητος που οφείλονται σε κλίσεις (gradients) της πίεσης διαρροής ύδατος ή διάχυσης σε νανοπόρους σχιστόλιθου, οι οποίες έχουν αγνοηθεί σε προηγούμενες μελέτες, αποδεικνύεται ότι είναι ικανές να παράγουν εκτεταμένες πλευρικές διακλαδώσεις.

Η διαπίστωση αυτή επαληθεύεται με προσομοιώσεις υπολογιστών που βασίζονται στη νέα έννοια ενός ομογενοποιημένου μέσου τριών φάσεων που αποτελείται από το στερεό, το νερό των νανοπόρων και το νερό σε υδραυλικές ρωγμές χιλιοστομετρικών διαστάσεων.

Σύμφωνα με τον κ. Bažant, η διακλάδωση μπορεί να εξηγήσει τον παρατηρούμενο ρυθμό παραγωγής αερίου χωρίς οποιεσδήποτε εικασίες σχετικά με τις προϋπάρχουσες ρωγμές. Η ανάλυση των νανο- και μικρο-πόρων που περιέχουν μη αναμίξιμο νερό, μεθάνιο και κερογόνο, με τριχοειδείς και προσροφητικές τάσεις, δείχνει ότι ο συντελεστής Biot της πορομηχανικής αυτού του μέσου πρέπει να είναι σχεδόν μηδενικός, αντίθετα με την τρέχουσα πρακτική. Αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό που βοηθά να εξηγηθεί η πλευρική διακλάδωση ρωγμών.

-Ξεπερνώντας τις υπολογιστικές προκλήσεις, εξηγείται η ψευδοψαθυρής φύση του υλικού

Ο κ. Bažant  στάθηκε στην εξέταση ορισμένων ιδιαίτερων υπολογιστικών προκλήσεων. Όπως εξήγησε, λόγω του μεγάλου εντοπισμού, οι παράλληλες ρωγμές υπό σχεδόν ομοιόμορφη υδραυλική πίεση δεν εντοπίζονται, όπως αποκαλύπτεται από την ανάλυση του θετικού πεπερασμένου της δεύτερης μεταβολής της ελεύθερης ενέργειας του συστήματος ρωγμών.

Αυτή η ανάλυση θα δημιουργούσε απαγορευτικές υπολογιστικές απαιτήσεις, αλλά αυτές οι απαιτήσεις μπορούν να παρακάμπτονται από ορισμένες τυχαίες διαταραχές στο υπολογιστικό μοντέλο.

Σύμφωνα με τον καθηγητή Bažant, το ανισοτροπικό καταστατικό μοντέλο αστοχίας, σε συνδυασμό με το ζωνικό μοντέλο ρωγμών, χρησιμοποιείται για να εξηγήσει τη ψευδοψαθυρή φύση του υλικού.

-Ο κατακερματισμός του υλικού εξηγεί την ενεργοποίηση της εγκάρσιας διακλάδωσης των υδραυλικών ρωγμών

Η εγκάρσια διακλάδωση των υδραυλικών ρωγμών φαίνεται ότι μπορεί να ενεργοποιηθεί, δημιουργώντας μια μικρή αρχική ζώνη πυκνής θραύσεως, υποστηρίζει ο κ. Bažant.

Σύμφωνα με τον ίδιο, αυτό πρέπει να είναι το αποτέλεσμα της διάτρησης του περιβλήματος του χάλυβα με φορτία σχήματος και εξηγείται από τον κατακερματισμό του υλικού σε υψηλές θλιπτικές ταχύτητες παραμορφώσεως που προκαλούνται από την απελευθέρωση της κινητικής ενέργειας του πεδίου της ταχύτητας διατμητικής τάσης στο σχηματισμό θραυσμάτων.

Διεθνής αναγνώριση

Η εξέχουσα επιστημονική του συνεισφορά έχει αναγνωριστεί διεθνώς, καθώς ο κ. Bažant εξελέγη μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (NAS) των ΗΠΑ το 2002, της Εθνικής Ακαδημίας Μηχανικής (ΝΑΕ) των ΗΠΑ το 1996 και της Αμερικανικής Ακαδημίας Τεχνών και Επιστημών (ΑΑΑS) το 2008.

Επίσης, είναι ξένος εταίρος της Βασιλικής Εταιρείας (Royal Society) του Λονδίνου από το 2015, της Αυστριακής Ακαδημίας Επιστημών, της Ακαδημίας Μηχανικών της Τσεχίας, της Ιταλικής Εθνικής Ακαδημίας (dei Lincei), της Ισπανικής Βασιλικής Ακαδημίας Μηχανικών, του Ινστιτούτου Lombardo (Μιλάνο), της Ευρωπαϊκής Ακαδημίας (Academia Europaea) και της Ευρωπαϊκής Ακαδημίας των Τεχνών και των Επιστημών.

Ακόμα, έχει αναγορευτεί επίτιμος διδάκτορας στο Πολυτεχνείο της Πράγας (CTU) το 1991, στο Πολυτεχνείο της Καρλσρούης το 1997, στο UC Boulder το 2000, στο Πολυτεχνείο του Μιλάνο το 2001, στο INSA της Λυών το 2004, στο Πολυτεχνείο της Βιέννης το 2006 και στο Ohio State University Columbus το 2011.

    



ΑΦΗΣΤΕ ΤΟ ΣΧΟΛΙΟ ΣΑΣ

-A +A

Σχετικά άρθρα