3. concepto de linea base

Tecnologías de lucha
contra el cambio
climático: Almacenamiento
geológico de CO2

Almacenamiento Geológico
de CO2
Luis Felipe Mazadiego Martínez
Marcelo F. Ortega Romero

3. Concepto de Línea Base
Luis Felipe Mazadiego Martínez
Marcelo F. Ortega Romero

Ponentes: Luis F. Mazadiego & Marcelo F. OrtegaPonencia 3: “Concepto de Línea Base”
Tecnologías de lucha contra el cambio
climático: Almacenamiento geológico de CO2
• La principal problemática en la detección y cuantificación de
posibles fugas es diferenciar entre el CO2 de origen natural del
que se ha inyectado, dado que el CO2 está presente en los gases
del suelo y en la atmósfera.
• Las concentraciones de éste pueden variar a lo largo del tiempo
por diferentes procesos naturales (como la actividad biológica).
• Para la correcta detección y cuantificación de una fuga de CO2 y
evaluar los riesgos asociados, han de comprenderse los
procesos que tienen lugar desde que se inyecta en profundidad
hasta que llega a la superficie
INTRODUCCIÓN

• La naturaleza y las condiciones en la que migran los gases dependen de
numerosos factores que pueden variar durante la ascensión del gas a la
superficie.
• Reacciones químicas entre los gases, el agua y la roca. Formando
precipitados, cambios de fuerzas tectónicas, cambios de permeabilidad
de las rocas y cambios de presión y temperatura.
• El parámetro fundamental que controla el movimiento de los gases en un
medio poroso es la permeabilidad, que se define como la facilidad que
tiene el medio para poder ser atravesado por un fluido bajo la influencia
de una fuerza motriz
INTRODUCCIÓN

El movimiento de los gases en la corteza puede ser inducido por dos tipos
de fuerzas:
• Gradientes de concentraciones. Difusión
• Movimiento del gas es en sentido de igualar las concentraciones en todas las
partes de las rocas.
• Gradientes de presiones. Advección
• Movimiento que se produce de zonas de alta presión hacia zonas de baja presión
• SI el movimiento es debido a gradientes de temperatura (zonas geotermales) se
denomina transporte convectivo.
• La difusión y la advección aparecen de forma conjunta en la naturaleza.
• La velocidad y la distancia recorrida es mayor en la advección
INTRODUCCIÓN

EFECTOS POR DIFUSIÓN
• Mayor actividad biológica aumenta la concentración de CO2 en el aire del
suelo, tenderá a ir hacia la atmósfera aumentando el flujo. Mayor
actividad primavera-verano.
• Mayor temperatura entonces mayor difusión y mayor presión entonces
menor difusión. En invierno temperaturas menores y mayores presiones.
El flujo por difusión baja.
• La difusión en agua es menor que en el gas. Si aumenta la cantidad de
agua en el medio disminuye la difusión.
• El flujo difusivo en zonas de mayor permeabilidad (como zonas de
fracturación generadas por fallas o sondeos existentes) puede verse
favorecido por el aumento de la porosidad al aumentar el contenido en
aire en el suelo.

EFECTOS POR DIFUSIÓN
• La distancia recorrida en el agua será aproximadamente 0,25 m en un
año y 7,8 m en mil años mientras que el medio poroso será del orden de
4,7 m y 150 m respectivamente.
• Por lo tanto, es poco probable que un gas almacenado en profundidad
llegue a superficie por efecto de difusión, y que por tanto es
imprescindible la presencia de fuerzas advectivas.

EFECTOS POR ADVECCIÓN
Los procesos advectivos son los responsables del transporte de los fluidos
subterráneos a largas distancias. Por múltiples factores:
• Fuerzas tectónicas.
• Variaciones en la carga litostática
• Cambios térmicos
• Cambios de presión o de densidad del fluido.
La velocidad de transporte está influenciada por el gradiente de presiones
y por las características del medio y de la sustancia que lo atraviesa

EFECTOS POR ADVECCIÓN
• Cuando los gases se mezclan con el agua (como el caso del CO2), éstos
viajan a la misma velocidad y en la misma dirección que las aguas
subterráneas, siendo por tanto el punto de fuga el de salida del agua a la
atmósfera.
• Un aumento de la permeabilidad del suelo favorecerá el incremento de
velocidad del fluido en el medio, y por tanto la tasa de escape. Las zonas
de fracturación son zonas de aumento de emisión de gases y zonas de
riesgo a controlar en los proyectos de CAC.
• En el ambiente superficial los cambios atmosféricos influyen sobre el
movimiento advectivo. Un cambio en las condiciones atmosféricas, que
cambien por ejemplo la densidad del aire, la temperatura del suelo o la
presión atmosférica influirán en la tasa de escape.

FUENTES O SUMIDEROS
• En el trasporte de sustancias a través de la corteza hay que tener en
consideración los efectos de fuentes o sumideros, que pueden generar
un efecto de retardo en el movimiento de la sustancia, eliminarla o
aportarla al medio.
• Para el CO2 una fuente puede ser la aportación por la acción biológica,
mientras que un sumidero serían las posibles reacciones con la roca y el
agua del medio.
• En las sustancias radioactivas, como el radón, habría que tener en
consideración además los efectos de la desintegración radioactiva.

EN RESUMEN
• Todos los efectos: advección, difusión y fuentes o sumideros se producen
de forma conjunta en la naturaleza y la magnitud de cada uno de ellos
depende tanto de la sustancia en concreto como de las condiciones del
medio por el que atraviesa, procesos todos ellos complejos de modelizar.
• Los efectos ambientales y condiciones del suelo son importantes en la
tasa de flujo, no solo a escala estacional sino a efectos de pocos días.
• Cambios bruscos de estas condiciones pueden variar la tasa de escape,
razón por la cual las campañas de medición de gases en superficie deben
realizarse con las condiciones atmosféricas lo más estables posibles, y en
caso de producirse variaciones bruscas o precipitaciones se suspenden
por no poder asegurar la estabilidad del sistema y que los datos
obtenidos sean comparables entre sí.

La interpretación de los resultados
en superficie es complicada debido
a que la señal de cada gas puede
verse afectada por:
• Procesos de dilución con el aire
atmosférico,
• Reacciones con la matriz del suelo y
otros gases o agua,
• Procesos de oxidación
• Reacciones biológicas.
Las magnitudes de cada proceso, y
por tanto la composición del gas
del suelo, son diferentes en cada
emplazamiento y puede variar
entre diferentes momentos del día
o del año

Ponentes: Luis F. Mazadiego & Marcelo F. Ortega
Ponencia 3: “Concepto de Línea Base”
OBJETIVOS DE LA LÍNEA BASE EN UN PROYECTO CAC
(Jenwey et al., 2009)
Estimar los valores de diversos componentes o parámetros en el estado
“cero” del proyecto (antes de la inyección).
Localizar posibles vías de migración.
Desarrollar estrategias de monitorización.

Ponentes: Luis F. Mazadiego & Marcelo F. Ortega
Ponencia 3: “Concepto de Línea Base”
• Técnicas empleadas en prospección de hidrocarburos.
• Estudios de validación en Análogos Naturales de proyectos CAC.

Ponentes: Luis F. Mzadiego & Marcelo F. OrtegaPonencia 3: “Concepto de Línea Base”
• Estimar los valores de diversos compuestos o parámetros en el estado “Cero” del
proyecto (antes de la inyección): Línea Base. Interpretar los posibles cambios
que puedan originarse en dichos valores por causas no relacionadas con la
inyección del gas, como, por ejemplo, la actividad bacteriana, las condiciones
climatólogicas, obras civiles, etc.
• Localizar posibles vías de migración (debilidades del sistema).
• Desarrollo de técnicas de monitorización.

En 1993 el “International Geological Correlation
Program, (IGCP Project 360)” introdujo el termino de
línea de base geoquímica (“geochemical baseline”),
refiriéndose a la variación natural de la concentración
de un elemento o componente en el ambiente
superficial. El término especifica el contenido de un
elemento/compuesto en el ambiente superficial en un
determinado tiempo, incluyendo las concentraciones
naturales (“natural background”) y la contribución de
la dispersión atmosférica en las diferentes matrices,
por ejemplo el suelo.

1. La experiencia ha demostrado que la estimación de la “línea
base” es fundamental en la caracterización de
emplazamientos para el almacenamiento de CO2.
2. Identificación de los caminos preferenciales de migración.
3. La monitorización de varios gases (CO2, radón, helio, etc.)
puede ayudar en la interpretación de los caminos de
migración.
4. La realización de monitorizaciones en continuo han sido
repetidas en el mismo período estacional durante 3-4 años
para estimar la influencia de los factores climatológicos sobre
la “línea base”.
A MODO DE CONCLUSIÓN

PRINCIPALES LIMITACIONES DE LA MONITORIZACION EN
LA LINEA BASE DE CO2
INTERFERENCIAS BIOLOGICAS
La fotosíntesis y la respiración de las plantas pueden causar cambios de los
niveles de CO2, existiendo en algunos casos, diferencias significativas entre
verano e invierno.
La monitorización se orienta a investigar señales pequeñas y procedentes de
fuentes profundas en presencia de un “ruido” subsuperficial (actividad
biológica) que puede ser grande.

INTERFERENCIAS CLIMATOLOGICAS
En emplazamientos con un clima muy caluroso y húmedo, la
monitorización puede presentar dificultades.
La cobertera vegetal y el agua superficial dificultan el empleo de algunas
técnicas.
Los cambios climatológicos pueden tener un gran efecto sobre la
monitorización en continuo.

OTROS FACTORES
Los emplazamientos originales de monitorización pueden perderse al
cabo del tiempo (avance de las infraestructuras).
Los fertilizantes nitrogenados pueden causar modificaciones de la
composición del gas del suelo respecto de zonas no fértiles.

NUEVAS PERSPECTIVAS PLANTEADAS.
1. El estudio de la “línea base” es esencial para comprender el “background”
antes de que se inicie la inyección.
2. Las técnicas de monitorización en superficie deberán ser elegidas dependiendo
de cada emplazamiento.
3. Se necesitarán estudios comparativos para extrapolar los resultados de la
monitorización de un emplazamiento a otro.
4. Si bien parece razonable iniciar la monitorización a gran escala, es necesario
proceder a densificaciones de la red de muestreo.
5. Se tiende al desarrollo de monitorizaciones automáticas en continuo
6. La conjunción de distintas técnicas de monitorización debe apoyarse en la
elaboración de mapas de análisis de riesgo.

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