Bratislava 7. decembra 2024 – Po roku sme opäť zorganizovali konferenciu k projektu HENRI, ktorá sa konala 19. septembra 2024 v priestoroch zasadačky Dunaj v budove SPP. Počas tohto odborného stretnutia prezentovali partneri prvé výsledky svojej práce. Účastníci konferencie, vrátane odborníkov z mnohých európskych krajín, mali možnosť diskutovať o dosiahnutých poznatkoch a plánoch v ďalšom pokračovaní projektu. V tomto článku Vám chceme priblížiť kľúčové poznatky a informácie, ktoré boli na konferencii predstavené.
Konferenciu otvoril generálny riaditeľ spoločnosti NAFTA Martin Bartošovič, ktorý vo svojom príhovore privítal všetkých prítomných a zdôraznil význam projektu HENRI pre spoločnosť. Poďakoval partnerom za úsilie a prácu, ktoré priniesli prvé výsledky v projekte.
Základy položené: doterajšie zistenia projektu HENRI
V rámci projektu bola vytvorená metodika na posudzovanie vhodnosti geologických štruktúr pre skladovanie vodíka. Tento komplexný nástroj hodnotí geologické objekty na základe troch typov kritérií: vylučovacích, hlavných a vedľajších. Vylučovacie kritéria slúžia na identifikáciu lokalít, ktoré z technických dôvodov nie sú vhodné pre skladovanie. Hlavné kritéria sa zameriavajú na kľúčové aspekty, ako sú stabilita, kapacita a priepustnosť štruktúr. Vedľajšie kritéria dopĺňajú hodnotenie a zahrňujú ďalšie faktory, ktoré môžu ovplyvniť efektívnosť a dlhodobú udržateľnosť skladovania vodíka.
Následne bola metodika aplikovaná pri skríningu geologických štruktúr na Slovensku, čím sa podarilo identifikovať potenciálne vhodné lokality pre skladovanie vodíka. Na základe výsledkov tohto hodnotenia boli vybrané konkrétne štruktúry, ktoré sú predmetom podrobnejšieho posúdenia v ďalších krokoch projektu.
K metodike je v súčasnosti pripravovaná samostatná odborná publikácia, ktorá detailne popíše postup hodnotenia a kritéria posudzovania geologických štruktúr pre skladovanie vodíka.
Testovanie ložiskovej vrstvy
V tejto časti zatiaľ výsledky nie sú k dispozícií. Analýza jadier (vzoriek ložiskovej horniny) po ich vystavení vodíku stále prebieha, pričom výsledky sú očakávane v priebehu novembra.
Testovanie mikrobiálnych reakcií
Dôležitým aspektom procesu skladovania vodíka v poréznom type ložiska je potreba porozumieť faktorom, ktoré môžu ovplyvniť stabilitu a kapacitu skladovania, medzi ktoré patrí aj mikrobiálna aktivita. Mikrobiálne reakcie môžu významne ovplyvniť chemické zloženie a dynamiku prostredia v ložiskách, čo môže mať priamy vplyv na integritu a účinnosť skladovania vodíka. V rámci projektu HENRI testujeme vplyv vodíka na mikrobiálne aktivity troch rozličných objektov pri rôznych koncentráciách vodíka, teplotách a takisto tlakoch. Tieto experimenty realizuje nemecké laboratórium MicroPro. V prvom kroku boli zamestnancami NAFTA sterilným spôsobom odobraté hlbinné vzorky ložiskovej vody, ktoré boli následne doručené do laboratória.
V prvom kroku prebehla filtrácia vody a následne extrakcia DNA a qPCR analýza. Výsledok potvrdil predchádzajúce testy, a teda prítomnosť veľkého počtu rôznych druhov baktérií.
Následne začali prebiehať priamo experimenty s vodíkom. Ich cieľom je zistiť, aký vplyv bude mať vodík na tieto mikróby, či a za akých podmienok bude dochádzať k mikrobiálnym reakciám, a čo bude produktom týchto reakcií. Testy sa uskutočnili pri atmosférickom tlaku a tlaku ložiska, pričom ložiskové podmienky boli simulované vzorkou ložiskovej horniny, ložiskovou vodou a teplotou, ktorá je pre vybrané ložisko typická.
Na základe predbežných výsledkov je možné povedať, že mikrobiálne reakcie bežali prakticky za všetkých podmienok pre všetky testované objekty. Menili sa typy mikroorganizmov, rýchlosť reakcie a pod. Treba poznamenať, že hoci tieto reakcie boli relatívne rýchle, nastali už po pár dňoch vystavenia vodíku, ich dĺžka je limitovaná ďalšími substrátmi. Napríklad, pri metanizácii je to zdroj CO2, ktorý je rozpustený v ložiskovej vode. Po vyčerpaní tohto zdroja sa reakcie zastavia. Kľúčové je však poznať, aké reakcie môžu prebiehať a aký bude ich produkt v realite.
Ďalším kľúčovým experimentom je testovanie vplyvu vodíka na tesniacu vrstvu. V rámci projektu HENRI sú realizované merania vytesňovacieho tlaku horniny tesniacej vrstvy pre čistý vodík, čistý metán a ich zmesi v rôznych zastúpeniach (98 % CH4 a 2 % H2, 80 % CH4 a 20 % H2, 50 % CH4 a 50 % H2) a meranie difúznych koeficientov.
Na realizáciu meraní bolo vybrané laboratórium Gesteinslabor Dr. Eberhard Jahns so sídlom v Nemecku. Bolo založené v roku 1997 a špecializuje sa na testovanie fyzikálnych a mechanických vlastností hornín.
Vytesňovací tlak je najkľúčovejším parametrom určujúcim tesniacu kapacitu horniny, pri ktorého dosiahnutí a/alebo prekročení dochádza k narušeniu jej efektivity, čím začne dochádzať k únikom skladovaného média. Inak povedané, je to minimálny potrebný tlak, pri ktorom dochádza k pokoreniu kapilárneho tlaku pórového priestoru tesniacej horniny a vytláčaniu vodnej fázy obsiahnutej v pórovom priestore horniny plynnou.
Pred testovaním boli vzorky jadier hornín saturované vodou. Samotné testovanie spočívalo vo vtláčaní plynu do vodou saturovanej vzorky a zvyšovaní tlaku vtláčania plynu do momentu, keď došlo k pokoreniu kapilárneho tlaku a jeho prieniku do pórového priestoru horniny. Počiatočný tlak bol nastavený na 20 MPa a teplota na 60 °C, čo reprezentuje reálne podmienky ložiska. Postup bol nastavený v otestovaní vytesňovacieho tlaku najprv pre čistý vodík, následne pre čistý metán a rôzne zmesi metánu a zvyšujúceho sa podielu vodíka, a na záver znova pre čistý vodík.
Výsledky testovania naznačujú, že tesnosť horniny tesniacej vrstvy pre vodík je obdobná tesnosti pre metán. Pre správnu interpretáciu výsledkov je potrebné dodať, že výsledné hodnoty vytesňovacieho tlaku treba pripočítať k nastavenej hodnote počiatočného tlaku (20 MPa). Tým najnižšia hodnota, keď bolo dosiahnuté pokorenie kapilárneho tlaku, je v skutočnosti v rozmedzí 29 – 30 MPa. Daná podzemná štruktúra sa v súčasnosti prevádzkuje ako podzemný zásobník zemného plynu, pričom jej maximálny povolený prevádzkový tlak je 22 MPa, čo je 7 MPa pod limitom stanoveným v rámci tohto testovania.
Okrem laboratórnych experimentov zameraných na ložisko sa v rámci projektu testuje aj vplyv vodíka na materiály v rámci podzemných zásobníkov.
Hoci sa vodík bežne vyskytuje v molekulárnej forme, po jeho disociácii je relatívne malý atóm vodíka schopný preniknúť do mikroštruktúry kovov a zapríčiniť tzv. vodíkové krehnutie, ktoré následne vedie k zmenám mechanických vlastností a k zníženej lomovej húževnatosti týchto materiálov. Pre skúmanie vplyvu čistého vodíka, v kombinácii s látkami bežne vyskytujúcimi sa v procese úpravy zemného plynu po jeho vyťažení, boli oslovené nasledujúce inštitúcie:
Technická univerzita v Košiciach (TUKE), Montanuniversität Leoben (MUL) a Institut de la Corrosion (ICORR). Testovanie vplyvu vodíka vo všetkých troch inštitúciách stále prebieha, pričom je zamerané výhradne na kovové materiály vyskytujúce sa v povrchovej technológii PZZP NAFTA – ocele tlakových nádob a potrubných systémov (12022.1, 11416.1, 13030, 11503.1, L360NB, X60, 11523.1, 12021.1, L485ME, 316L, hliník). Ocele sú testované pri tlakových podmienkach typických pre prevádzku zariadení, z ktorých boli vzorky vyrezané, pričom maximálna hodnota tlaku je 250 bar. Testovacia teplota je rovná room temperature (teplote okolia), pri ktorej je vplyv vodíkového krehnutia najvýraznejší.
Hlavným cieľom testov TUKE je skúmanie rýchlosti korózie bimetalického spoja vstupného separátora po jeho expozícii vo vodíku, pričom výstupom bude grafický záznam z merania podľa Evansa a aktuálna korózna rýchlosť v μm/rok. Testovací plán MUL pozostáva hlavne z testov pri konštantnom zaťažení v autokláve a z ťahových skúšok pri malých rýchlostiach deformácie. Vzorky pre tento typ skúšok sú duté, čo umožňuje analýzu vzoriek blížiacu sa k skutočným aplikáciám z dôvodu podobného gradientu vodíka v stene testovanej vzorky. Súčasťou je tiež stanovenie indexu vodíkového krehnutia a termodesorpčná spektroskopia. Najdôležitejším ukazovateľom vplyvu vodíka na kovové materiály je pokles hodnoty lomovej húževnatosti a zmena rýchlosti šírenia sa únavových trhlín.
Za lomové skúšky v rámci HENRI projektu je zodpovedný ICORR a jeho testovací plán pozostáva z testov ASTM F1624, ASTM E1820, ASTM E647 a NACE TG544. Doposiaľ boli vykonané testy ASTM E1820 vo vzduchu a vo vodíku na troch vzorkách, pričom hodnota lomovej húževnatosti neklesla pod hodnotu odporúčanú normou ASME B31.12 – 55 MPa√m. Testovanie vplyvu vodíka na materiály v rámci projektu HENRI bude ukončené v decembri roku 2025.
Okrem spomenutých aktivít v rámci projektu prebiehajú aj ďalšie aktivity, ako geologické modelovanie ložiska, príprava štúdie pre II fázu atď., avšak vzhľadom na rozsiahlosť nie je možné do jedného článku zmestiť viac informácií. Pre záujemcov o viac detailov sú informácie dostupné na oficiálnej stránke projektu: https://projecthenri.eu/.
Autori: R. Zavada, A. Mataloni, S. Mihelová
Článok vyšiel v časopise SLOVGAS 2/2024