Un modello accoppiato geochemo-meccanico per il trasporto di CO2 nei mezzi porosi = A coupled geochemo-mechanical model for CO2 transport in porous media

L’obiettivo di questo studio è quello di modellare il problema del trasporto reattivo di CO2 in mezzi porosi. Questo problema riguarda lo studio dell’interazione chimica tra un fluido e il mezzo attraverso cui questo si muove. La sua modellazione è fondamentale in numerosi campi dell’ingegneria, della geologia e dell’industria. L’importanza del problema del trasporto reattivo è legata a diversi fattori. Esso permette di prevedere come le sostanze chimiche si muovono e reagiscono in sistemi complessi; fattori indispensabili per la valutazione dell’evoluzione temporale e spaziale della distribuzione di inquinanti o nutrienti. Nell’industria, la modellazione del trasporto reattivo è utilizzata per ottimizzare processi come la purificazione di sostanze e il trattamento delle acque reflue. I minerali presenti nel sottosuolo possono inoltre influenzare la qualità e la composizione delle risorse idriche sotterranee in seguito a fratturazione o dissoluzione. Grande importanza riveste dunque la modellizzazione del trasporto reattivo in mezzi porosi e lo studio dei conseguenti cambiamenti di porosità e permeabilità. A questo scopo, è stato sviluppato un modello numerico in grado di riprodurre l’iniezione di un acido in un mezzo poroso saturo e di investigare i suoi effetti sulle proprietà del materiale. L’implementazione del modello è realizzata tramite il software multi-fisico COMSOL Multiphysics e validato tramite la simulazione del benchmark di Lu et al. (2022) e la successiva analisi di sensitività del modello. Sono infatti state eseguite diverse simulazioni per analizzare gli effetti dalla variazione di concentrazione di acido iniettata, frazione volumetrica iniziale di calcite, differenza di pressione e tipo di acido. Il trasporto di soluti reattivi può comportare cambi microstrutturali che influenzano le proprietà macroscopiche del mezzo poroso, riflettendosi infine in possibili variazioni delle pressioni e delle tensioni. Per questo motivo è stato implementato, a partire dal modello di trasporto reattivo, un modello numerico accoppiato chimico idraulico e meccanico. L’aggiunta di una parte meccanica permette di modellare in maniera più accurata il sistema considerato e in particolare, di studiare come le reazioni chimiche che avvengono all’interno del mezzo influenzano le deformazioni dello stesso. Questo approccio interdisciplinare è essenziale per ottenere risultati affidabili in molte applicazioni pratiche.