Wetenschappers hebben een model ontwikkeld dat seismische risico’s in beeld brengt. Deze risico’s komen voort uit vloeistofinjecties in de ondergrond, die worden uitgevoerd als onderdeel van geothermische energiewinning, aldus het wetenschaps- en technologie-instituut EPFL in een persbericht.
- Een 3D-model kan seismische risico’s analyseren van vloeistofinjecties in de ondergrond bij geothermische energiewinning.
- Hydraulische stimulatie die wordt gebruikt in geothermische putten kan aardbevingen uitlokken
- Het onderzoek is van belang voor een koolstofvrije economie
Geothermische energie: sleutel tot een koolstofvrije economie
Om de overgang naar een koolstofvrije economie te ondersteunen, zijn energieproducenten naarstig op zoek naar manieren om veilig geothermische energie uit de diepe ondergrond te halen. EPFL universitair hoofddocent Brice Lecampion staat aan het hoofd van het Laboratorium voor Geo-energie (GEL) en de onderzoeksgroep. Ze ontwikkelen modellen om de ondergrond te beschrijven, met een specifieke focus op de gevolgen van vloeistofinjecties in de ondergrond – dat wil zeggen, hoe vloeistofstromen interageren met breuken in rotsen. Dit onderzoek is belangrijk omdat injectie van ondergronds water een sleutelrol speelt bij de winning van geothermische energie, een hernieuwbare bron. De nieuwste bevindingen maken de weg vrij voor een beter begrip van het onderliggende fysische mechanisme dat seismiciteit veroorzaakt tijdens geothermische activiteiten.
Aardbevingen veroorzaken
In Zwitserland en elders zijn geothermische putten die diep onder de grond lopen (4-6 km onder het oppervlak) controversieel vanwege de kans op aardbevingen en vervuiling van de ondergrond.
Naarmate de putten verder onder het oppervlak komen, komen ze in ondoordringbaar gesteente terecht, wat betekent dat ingenieurs ofwel kunstmatig breuken in het gesteente moeten creëren waardoor water kan stromen, ofwel bestaande breuken moeten stimuleren om hun doorlaatbaarheid te vergroten. Dit wordt gedaan door middel van een proces dat bekend staat als hydraulische stimulatie. Hoewel dit proces de doorlaatbaarheid van gesteente verbetert, kan het ook aardbevingen veroorzaken.
Onderliggende mechanismen
Het risico van een geïnduceerde aardbeving is vooral problematisch omdat het niet verdwijnt zodra de vloeistofinjectie stopt, maar nog geruime tijd daarna doorgaat. Alexis Sáez, promovendus bij GEL en medeauteur van het onderzoek: “We hebben vooral gekeken naar aardbevingen die optreden tussen een paar dagen en een paar maanden na het einde van de vloeistofinjectie. Ons onderzoek werpt licht op een nieuw fysisch mechanisme dat deze vertraagde aardbevingen kan veroorzaken.” Hij en Lecampion ontwikkelden een 3D-computermodel en voerden uitgebreide technische analyses uit van hoe vloeistofinjectie en breuken op elkaar inwerken. Ze beschreven hoe breuken blijven vervormen nadat de vloeistofinjectie is beëindigd en hoe dit vertraagde vervormingsproces het veroorzaken van een aardbeving kan bevorderen.
“Ons model geeft ingenieurs richtlijnen en nieuwe berekeningsmethoden die kunnen worden geïntegreerd in meer algemene strategieën om het seismische risico van deze operaties te beperken,” zegt Sáez.
“Op dit moment is het erg moeilijk om het optreden van door injectie veroorzaakte aardbevingen te voorspellen – ingenieurs vertrouwen meestal op statistische benaderingen, vergelijkbaar met wat ze doen voor natuurlijke aardbevingen. Ons onderzoek zorgt voor een beter begrip van de fysieke krachten die aan het werk zijn.”
