Thermodynamic and fluid-dynamic challenges associated with the transport of CO2 via pipelines

Le emissioni legate alle attività umane che hanno portato all'effetto serra sono attribuibili alle emissioni di anidride carbonica. La cattura, utilizzo e stoccaggio dell’anidride carbonica (CCUS) è considerata una solida strategia di mitigazione del clima, in particolare per le missioni più impegnative. Lo sviluppo di una rete di trasporto internazionale di CO2 è considerato un tema trasversale necessario nel settore della cattura e dello stoccaggio del carbonio. Infatti, lo sviluppo di progetti CCUS su larga scala richiederà la gestione e il trasporto di CO2 in presenza di impurità e con costi inferiori. L'accuratezza della modellazione della CO2 in presenza di altri componenti deve essere ulteriormente valutata e molti aspetti termodinamici della gestione della CO2 sono ancora oggetto di dibattito e ricerca. In questo lavoro sono state studiate le sfide termodinamiche e fluidodinamiche associate al trasporto di CO2 tramite condotte. È stata presentata una rassegna completa e critica dei principali aspetti termodinamici coinvolti nel trasporto di CO2 ad alta pressione. Gli aspetti relativi al rischio e alla sicurezza delle condotte di CO2 sono stati approfonditi con focus specifico sulla modellazione dei rilasci accidentali con modelli fluidodinamici computazionali e semplificati. Viene inoltre proposta, con conclusioni quantitative e qualitative, una valutazione delle equazioni di stato più idonee per la modellizzazione accurata della CO2 in presenza di impurità. Sono stati altresì analizzati sperimentalmente e numericamente i fenomeni di trasporto transitorio coinvolti nel trasporto di CO2 in fase densa. Il comportamento della depressurizzazione orizzontale è stato modellato con simulazioni termofluidodinamiche numeriche e convalidato rispetto a dati sperimentali ottenuti da misurazioni ad alta risoluzione su un laboratorio all'avanguardia su larga scala. Questo lavoro comprende anche alcune attività sperimentali svolte per lo studio dei flussi verticali nei tubi di CO2 per l'iniezione e lo sviluppo di uno strumento di estrazione ed elaborazione dati. Infine, è stata discussa anche la simulazione della frattura duttile e la sua implicazione nella CO2 ed è stato sviluppato e validato uno strumento per la simulazione della decompressione in miscele ricche di CO2.