Geohydrologi

Att kunna karakterisera och modellera flöde och ämnestransport i sprickigt berg är kritiskt för ett antal tillämpningar, från kärnkraftavfallslagring, till sanering av föroreningar samt olika energi- och infrastrukturtillämpningar. En stor utmaning i modellering och karakterisering av sprickigt berg är dess heterogenitet (likformighet). Vi har en lång tradition i denna forskning, från modellering till experimentell karakterisering, inklusive några aktuella projekt som presenteras nedan.

I en serie av projekt finansierade av Strålsäkerhetsmyndigheten (SSM) har vi studerat hur flöde och ämnestrasport i sprickigt berg med mycket låg permeabilitet(genomtränglighet) kan modelleras och vilken typ av osäkerheter det finns i modellresultat beroende på modellantaganden och sättet hur egenskaperna har karakteriserats (länk till projekt/publikationer). I ett projekt finansierat av Trafikverket utvecklades helt nya, beräkningsmässigt mer effektiva modeller för flöde och relaterade mekaniska processer i bergssprickor.

I flera forskningsprojekt finansierade av Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) har vi undersökt de hydromekaniska och kemiska processerna i bergssprickorna i det djupa borrhålet COSC-1, i Åre, inklusive de hydromekaniska processer när berget utsätts för hydraulisk stimulering. Relaterat till detta utfördes ett större fältexperiment för att mäta det hydromekaniska beteendet hos berg och sprickor under högt injektionstryck.

Geologisk lagring av koldioxid eller CCS, är en viktig metod för att minska de atmosfäriska utsläppen av koldioxid och därigenom mildra klimatförändringarna. I detta tillvägagångssätt fångas koldioxid vid källan, transporteras till en geologiskt lämplig lagringsplats och injiceras i en djup geologisk formation. Metoden är mest lämpligt, men inte begränsat, till stora punktkällor som kraftverk, cement- och stålfabriker. När CCS kombineras med biogen energiproduktion (BECCS) kan även negativa utsläpp uppnås. Mer allmän bakgrund om CCS finns på https://urplay.se/program/229688-ur-samtiden-planeten-jorden-koldioxidlagring (på svenska) och på https://www.youtube.com/watch?v=vUzrhBnfFB0 (på engelska).

Säker och kostnadseffektiv drift av en geologisk lagringsplats kräver att lagringsformationens egenskaper samt processerna relaterade till spridning och bindning av den injicerade koldioxiden är väl förstådda. Relaterat till detta är vårt övergripande forskningsmål att få en förbättrad förståelse och att utveckla metoder för att förutsäga koldioxidens spridning och bindning i geologiska formationer. Forskningen har utförts både inom ramen för flera EU-finansierade FoU-projekt (länk till projekten) samt inom ramen för projekt i Östersjöregionen (länk).

Relaterad till detta, vi har varit utvecklarna av en EU-finansierad pilotanläggning för koldioxidinjektion (i Heletz, Israel), där superkritisk koldioxid har injicerats i en reservoar på 1,6 km djup och dess spridning och bindning övervakats med olika metoder. Som ett exempel presenteras några viktiga fynd i två specialnummer av International Journal of Greenhouse Gas Control, baserade på både platskarakteriseringsarbetet (länk) och de faktiska injektionsexperimenten (länk). För nuvarande ligger fokus för vårt arbete på att förstå effekterna av den observerade försenade och långsammare re-mobiliseringen av koldioxiden, en process som vi nyligen har uppmärksammat och vilken har betydelse för säkerheten och stabiliteten för koldioxidlagringen (länk)

Grundvatten är en mycket viktig resurs för dricksvattenförsörjning både genom enskilda brunnar och stora vattenverk. I Sverige används ca 50% grundvatten och 50% ytvatten för dricksvattenproduktion. Stora utmaningar finns både för grundvattnets kvantitet (att vi har tillräckligt med vatten) och kvalitet (att vattnet är av god kvalitet och inte innehåller föroreningar).

Hur föroreningar sprids i grundvattnet, hur vi kan sanera förorenade områden och rena grundvattnet utgör viktiga forskningsfrågor. Vår forskning handlar för närvarande bl.a. om högfluorerade ämnen s.k. per- och polyfluorerade alkylsubstanser (PFAS) som är en relativt ny grupp av föroreningar som i flera avseenden är svårare att sanera än mer traditionella föroreningar. Forskningen omfattar utveckling av saneringsmetoder, kunskap om transportmekanismer och utveckling av modelleringsverktyg. Vi har också forskning om föroreningar från gruvavfall, särskilt bioreaktorer för rening av lakvatten.

Ett annat viktigt forskningsfokus är utveckling av nya material för att motverka föroreningar inom ”Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability” (WISE) tillsammans med forskare inom nanoteknologi och materialvetenskap. Både material för att bekämpa PFAS och mer traditionella föroreningar ingår.

Geotermisk energi, inklusive Enhanced Geothermal Systems (EGS) anses vara bland de mest miljövänliga lösningarna på världens energiutmaning. Den är i princip utsläppsfri och dessutom attraktiv då den kan användas vid behov. Värme från geotermisk energi kan användas direkt, för uppvärmningsändamål, eller för att generera el, beroende på vilken temperatur som kan uppnås. EGS-tekniken har först nyligen blivit alltmer genomförbar på de djup som krävs i den skandinaviska skölden, till stor del tack vare de förbättrade borrteknikerna. Tidigare har EGS huvudsakligen endast varit genomförbart i relativt varma geologiska miljöer och grundare djup. De stora djupen som krävs (beräknat till 5 till 7 km), innebär också nya utmaningar för den vetenskapliga/tekniska kunskapen. I vår forskning undersöker vi de grundläggande frågor som är av yttersta vikt för implementering av EGS-system på stora djup. Frågor som undersöks specifikt, särskilt med hjälp av modellstudier, ärkartläggning av de relevanta egenskaperna hos berggrunden på de stora djup som krävs av EGS, analys av optimala sätt att stimulera, för att producera ett effektivt spricknätverk för värmeöverföring, utan att orsaka oönskad inducerad seismicitet och analys av optimala driftsätt Som stöd för vårt modelleringsarbete har vi även genomfört fältexperiment kring hur sprickor i berget skapas och öppnas vid vatteninjektion