پژوهش نفت

پژوهش نفت

مطالعه اتلاف هیدروژن در ذخیره سازی زیرزمینی در اثر متان‌زایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 بخش مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
2 دانشگاه شیراز، دانشکده ی مهندسی شیمی، نقت و گاز، بخش مهندسی نفت، مرکز ازدیاد برداشت از مخازن نفتی
10.22078/pr.2026.5795.3577
چکیده
ذخیره‌سازی زیرزمینی هیدروژن به عنوان یکی از راهکارهای کلیدی برای انتقال به سوی انرژی پاک، اهمیت فزاینده‌ای یافته است. با این حال، تعادل هیدروژن با میکروارگانیسم‌های موجود در مخازن زیرزمینی می‌تواند منجر به مصرف هیدروژن و تولید متان از طریق فرآیند متان‌زایی هیدروژن دوست شود. پدیده‌ای که نه تنها مقدار هیدروژن ذخیره شده را کاهش می‌دهد، بلکه امنیت و اقتصاد این روش را تحت تاثیر قرار می‌دهد. در این پژوهش، واکنش‌های ژئوشیمیایی و زیستی مرتبط با مصرف هیدروژن در محیط‌های زیرزمینی شبیه‌سازی شدند. این شبیه‌سازی بر اساس بازه پارامترهای عملیاتی و سینتیکی گزارش‌شده در مطالعات پیشین و بررسی واکنش‌های متان‌ساز توسعه یافته شد. سپس 27 سناریوی مختلف در قالب یک طرح آزمایشی سه عاملی (دما: 40، 55 و 70 درجه سانتی‌گراد و فشار: 1500، 2000و psi 2500؛ نوع سنگ مخزن: کوارتز، کلسیت و دولومیت) شبیه‌سازی شدند. نتایج نشان داد که کمترین اتلاف هیدروژن و کمترین تولید متان در دماهای بالاتر (°C 70 )، فشارهای بالاتر (psi 2500) و در مخازن تشکیل شده از سنگ کوارتز رخ می‌دهد. این رفتار به دلیل غیرفعال بودن سطح شیمیایی کوارتز و عدم فراهم کردن محیط مناسب برای رشد میکروبی توجیه می‌شود. در مقابل، سنگ‌های کربناتی، به ویژه کلسیت، به دلیل حل‌پذیری بالاتر و آسان‌تر یون‌های فلزی ( مانند Ca+2 )، محیطی مساعد برای فعالیت آنزیمی متان‌سازها ایجاد می‌کنند. نتایج این پروژهش به شناسایی شرایط بهینه ذخیره‌سازی هیدروژن با حداقل تلفات کمک می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Study of hydrogen losses in underground storage due to hydrogenotrophic methanogenesis

نویسندگان English

Amir Hossein Nikoo 1
Fatemeh Mosaffa 1
1 Department of Chemical, Petroleum, and Gas Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده English

Underground Hydrogen Storage (UHS) has gained increased importance as a key solution for future green energy economy. However, the equilibrium of hydrogen with mineral-affinitive microorganisms present in underground reservoirs can lead to hydrogen consumption and methane production through the hydrogenotrophic methanogenesis process. This phenomenon not only reduces the amount of stored hydrogen but also affects the safety and economy of this strategy. In this study, geochemical and biological reactions related to hydrogen consumption in underground environments were simulated using PHREEQC software. The model was based on operational and kinetic parameter ranges reported in previous studies, along with the evaluation of methanogenic reactions. Then, 27 different scenarios were simulated in the form of a three-factor experimental design (temperature: 40, 55, and 70°C; pressure: 1500, 2000, and 2500 psi; reservoir rock type: quartz, calcite, and dolomite). The results showed that the least hydrogen consumption and methane production occur at higher temperatures (70°C), higher pressures (2500 psi), and in reservoirs formed from quartz rock. This behavior is justified by the chemical inactivity of the quartz surface and the lack of providing a suitable environment for microbial growth. In contrast, carbonate rocks, especially calcite, due to higher solubility and easier release of metal ions (such as Ca²⁺), create a favorable environment for the enzymatic activity of methanogens. The goal of this project was to identify optimal conditions for hydrogen storage with minimum losses.

کلیدواژه‌ها English

Underground Hydrogen Storage
Hydrogenotrophic Methanogenesis
Geochemical Reactions
Microbe-Rock Interactions
Temperature and Pressure
Quartz
Calcite

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 شهریور 1405