Un collier intelligent pour détecter les fuites

Les ingénieurs de Sandia National Laboratories travaillent sur un dispositif qui aiderait à garantir que le dioxyde de carbone capturé reste profondément sous terre, un élément essentiel de la séquestration du carbone dans le cadre d’une solution climatique.

La séquestration du carbone est le processus de capture du CO₂— un gaz à effet de serre qui emprisonne la chaleur dans l’atmosphère terrestre — de l’air ou de l’endroit où elle est produite et la stocke sous terre. Cependant, la séquestration du carbone pose certains défis techniques, notamment s’assurer que le CO₂ reste souterrain à long terme.

L’appareil sans fil de Sandia s’associe à de minuscules capteurs pour surveiller le CO₂ fuites et prévenez les opérateurs en surface si cela se produit, et cela dure des décennies.

“Le monde essaie de nombreuses façons différentes de réduire la production de CO₂ pour atténuer le changement climatique », a déclaré Andrew Wright, ingénieur électricien de Sandia et chef de projet.

“Une approche complémentaire consiste à réduire les niveaux élevés de CO₂ dans l’atmosphère en en recueillant une bonne partie et en la stockant profondément sous terre. La technologie que nous développons avec l’Université du Texas à Austin vise à déterminer si le CO₂ reste là-bas. La particularité de cette technologie est que nous la surveillerons sans fil et ne créerons donc pas un autre chemin potentiel de fuite comme un fil ou une fibre.”

Stockage et détection du CO₂

Dans la séquestration du carbone, le CO₂ seraient généralement stockés entre 3 000 et 12 000 pieds sous la surface dans une zone qui contenait autrefois du pétrole, du gaz ou de l’eau, a déclaré Wright. Un trou serait percé à travers une couche imperméable de roche appelée roche de couverture qui peut empêcher le CO₂ de remonter vers la surface.

CO sous pression₂ chauffé à environ 175 degrés Fahrenheit serait pompé dans ce trou de forage. Dans certains cas, il sera chauffé pour l’empêcher de geler lorsqu’il s’étendra dans la zone, a déclaré Wright. Une fois la zone de stockage pleine, le forage serait bouché et, dans certains cas, le CO piégé₂ réagirait avec la roche et se lierait de façon permanente.

L’équipe, dirigée par le géoscientifique David Chapman de l’UT Austin, prévoit d’intégrer du CO de la taille d’un scintillement₂ capteurs, d’environ 1/8 de pouce sur 1/8 de pouce, dans le béton entourant le trou de forage, au-dessus et au-dessous de la couche de couverture. L’ingénieur électricien Axel Scherer du California Institute of Technology dirige le groupe qui fabrique le CO de la taille d’un scintillement₂ capteurs.

Le chimiste Jeff Mecham du Research Triangle Institute dirige le groupe qui fabrique un revêtement pour protéger les capteurs de l’environnement hostile du béton, tout en permettant au CO₂ pour atteindre les capteurs.

Le rôle de Sandia est de fabriquer un appareil électronique qui charge le CO₂ capteurs, reçoit de leur part des informations sur la présence ou l’absence de CO₂ et envoie ces informations aux opérateurs en surface. Cet appareil, appelé collier intelligent, doit fonctionner pendant 20 à 40 ans, a déclaré Wright.

Fabriquer un collier intelligent

La communication avec le CO₂ les capteurs fonctionnent comme la puce d’identification par radiofréquence d’une carte de crédit tap-to-pay, a déclaré Wright. Le collier intelligent émet de l’énergie à une fréquence radio pour alimenter le CO₂ capteurs. Les capteurs collectent des données sur la quantité de CO₂ autour d’eux et envoyer ces informations au collier intelligent à une fréquence radio différente.

“Il n’y a ni alimentation ni batterie dans votre carte de crédit”, a déclaré Wright. “Au lieu de cela, lorsque vous appuyez dessus sur le lecteur au supermarché, le lecteur active la puce. La puce relaie certaines informations au lecteur, et c’est ce qui vous permet d’acheter vos courses.”

L’un des plus grands défis techniques que l’équipe a dû surmonter était le fait que les puces RFID ne sont pas conçues pour être intégrées dans le béton, a déclaré Alfred Cochrane, un autre ingénieur électricien de Sandia sur le projet.

Afin d’alimenter les capteurs à travers le béton, l’équipe doit “faire briller” des ondes radio très intenses d’une certaine fréquence sur les capteurs. Cependant, une grande partie de ces ondes radio se reflètent sur le béton, noyant toute information provenant des capteurs à cette fréquence, a déclaré Cochrane. Il a suggéré qu’ils essaient d’alimenter les capteurs avec une fréquence, puis d’utiliser des ondes radio beaucoup moins intenses d’une fréquence différente pour interroger les capteurs et recevoir des informations de leur part. Cela a bien fonctionné dans leurs tests, a-t-il ajouté.

Récemment, l’équipe de Sandia a montré avec succès le prototype de collier intelligent alimentant et communiquant avec des puces RFID standard intégrées dans un pouce de ciment, un composant majeur du béton. Pour que le collier intelligent dure des décennies, l’équipe a conçu le prototype pour utiliser des supercondensateurs pour stocker l’énergie plutôt que des batteries qui ne durent que quelques années. Ensuite, l’équipe testera le prototype de collier intelligent avec le CO de Caltech₂ puces de détection.

L’équipe Sandia a également testé l’alimentation et la communication avec leur prototype de collier intelligent à travers 160 pieds de tuyau câblé disponible dans le commerce. Ce tuyau a un câble coaxial, très similaire à celui utilisé dans la télévision par câble, intégré à l’intérieur, de sorte que le système n’aura pas besoin d’autres fils ou câbles qui pourraient introduire de nouvelles voies d’évacuation pour le CO₂a déclaré Cochrane.

Plus tard l’année prochaine, l’objectif est de démontrer l’ensemble du système – les puces de Caltech et le collier intelligent de Sandia – d’abord dans l’installation d’essai hors sol de Sandia, puis dans l’installation d’essai souterraine d’UT Austin. Le géoscientifique de l’UT Austin, Mohsen Ahmadian, est le responsable de la partie des essais souterrains du projet.

Bien que ce projet se concentre sur la séquestration du carbone, la technologie pourrait également être utilisée pour surveiller les zones de stockage de gaz naturel ou même d’hydrogène, a déclaré Wright.

“Il y a beaucoup trop de CO₂ dans l’atmosphère en ce moment et ça ne fait qu’empirer », a déclaré Cochrane. « Avec toutes les autres technologies comme les énergies renouvelables, la séquestration du carbone est une approche active pour atténuer le changement climatique. Si vous captez le carbone d’une centrale électrique au charbon ou d’une cimenterie et que vous le stockez indéfiniment, vous pourriez rendre ces processus neutres en carbone ou même nous permettre de devenir négatifs en carbone et d’éliminer plus de CO₂ que nous émettons.”