يؤدي حقن ثاني أكسيد الكربون إلى طبقة المياه الجوفية المالحة كجزء من عملية احتجاز الكربون وتخزينه إلى إحداث عمليات كيميائية متمثلة في ذوبان الغاز في المحلول الملحي وتفاعلات معدنية من شأنها أن تخل بتوازن الماء الملحي وتغير خصائص الطبقة الفيزيائية. هدفت هذه الأطروحة إلى تطبيق أدوات رقمية لتقييم التفاعلات بين ثاني أكسيد الكربون والمحلول الملحي والمعادن في الطبقة بهدف التركيز على استكشاف العوامل التي يمكن أن تحسن من كمية ذوبان الغاز واحتجاز الغاز على هيئة معادن. تمت الدراسة تجريبياً على طبقة دوجر الكربونية الموجودة في حوض باريس.

تم إجراء الدراسة باستخدام برنامجين رقميين وهما فريكيوسي وسي إم جي – جيم. تم استخدام برنامج فريكيوسي لتقييم التفاعلات الجيوكيميائية لحقن ثاني أكسيد الكربون ذي الضغط الجزئي الثابت في طبقة المياه الجوفية بهدف تقييم تأثير الضغط ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة وأيونات المحلول والمعادن على الاحتجاز الجيوكيميائي. تم تقسيم هذا الجزء إلى قسمين بهدف دراسة كل آلية على حدة. كما تم استخدام برنامج جيم لمحاكاة تدفق تفاعلي ثنائي الأبعاد لدراسة تأثير عمليات الاحتجاز الفيزيائية والكيميائية بالإضافة إلى تقييم توافق هذا البرنامج مع فريكيوسي.

أظهرت النتائج الرئيسية أن وفرة الصوديوم في المحلول مقارنة بالكالسيوم والمغنيسيوم من شأنها أن تساعد في زيادة ذوبان ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى زيادة درجة الحموضة لتكون أقرب إلى القيمة الأصلية. بالنسبة لذوبان وترسيب المعادن، أجريت تجارب لتبسيط النظام من خلال نمذجة التوازن وتطبيق التوازن الجزئي بالنمذجة الحركية التي بينت أن معدل تفاعل معادن السيليكات سيتم المبالغة فيه مع النمذجة شبه الحركية مقارنة بالنمذجة الحركية الكلية مما سيؤثر على الاحتجاز الكربوني الكلي. بالنسبة للحالة الأساسية، جاء الاحتجاز المعدني بشكل رئيسي من تحلل الألبيت لتكوين الداوسونايت في حين ساهمت معادن الكربونات الأخرى بشكل أقل. كجزء من تحليل الحساسية، وجد أن الضغط المرتفع ودرجات الحرارة العالية سوف تسهم في زيادة الاحتجاز المعدني، لكنه الضغط فقط الذي يمكن أن يسرع من العملية. من خلال اختبار تأثير المعادن، تبين أن الألبيت يؤدي إلى المزيد من الاحتجاز المعدني عند زيادة حجمه النسبي في الطبقة، في حين أن الإليت يؤدي إلى العكس بالرغم من أن كلاهما معادن سيليكات. عند زيادة نسبة الكالسيت في الطبقة، سوف تبطئ التفاعلات المعدنية مما سيؤدي إلى انخفاض أقل للمسامية وتحقيق توازن أفضل لدرجة الحموضة، لكن الاحتجاز المعدني سينخفض. معادن الكربونات الأساسية ساهمت في الاحتجاز المعدني منذ بداية النمذجة. جدير بالذكر أن المعادن لا تؤثر على كمية ذوبان ثاني أكسيد الكربون في المحلول.

أثبتت النتائج أن نمذجة التدفق التفاعلي باستخدام جيم متوافقة مع نتائج فريكيوسي. بالإضافة إلى هذا، وجد أن مساهمة الاحتجاز المعدني لم تتعد ١٪ من مجمل كمية ثاني أكسيد الكربون المحتجزة خلال ألف عام. كما أن تحليل ترسب وذوبان المعادن أثبت أن ترسب الكربونات يمكن أن يكون بشكل أسرع مع محلول مائي غني بثاني أكسيد الكربون مقارنة بحالته فوق الحرجة.

في الختام، أظهرت هذه الأطروحة أن تكوينات الكربونات يمكن أن تكون مفيدة لتحسين درجة الحموضة وتقليل تأثير الحقن على تخزين الطبقة الفيزيائية وخصائصها المبتروفزيائية بالإضافة إلى أن وجود بعض المعادن المانحة للكاتيونات يمكن أن يزيد من معدل الاحتجاز المعدني بشكل كبير.