Два газа в одном камне могут оказаться разделены водой. А когда водная граница сдвигается, ранее разобщённые газовые области внезапно соединяются — и смешивание ускоряется. Исследователи увидели эту смену режимов внутри цилиндра песчаника диаметром всего шесть миллиметров. Для подземного хранения энергии это важная деталь: состав извлекаемого газа зависит не только от того, что закачали в пласт.
В работе PNAS, опубликованной 5 ноября, через образец песчаника пропускали азот. В порах уже находились криптон и вода. Рентгеновская микротомография с шагом 40 секунд позволяла следить за распределением фаз и составом газовой смеси. CSIRO выпустила объяснение результата 13 ноября; это дата нового сообщения, а не самого исследования.
Вода меняет связи между порами
Песчаник содержит сеть пустот и узких проходов. Газ занимает не обязательно один непрерывный объём: вода может разделять его на отдельные области. В трёх опытах авторы задавали разную исходную заполненность и связность газовой фазы.
Когда границы воды и газа перестраивались, отдельные газовые области соединялись. Появлялись новые пути обмена, и смешивание шло рывками. После этого газ мог остаться ограниченным в части пор, где обмен определялся более медленным молекулярным перемешиванием — диффузией.
Даже разобщённые пузырьки не полностью изолированы. Компоненты газа способны растворяться в воде и переходить через неё в другие газовые области. Поэтому карта видимых соединений ещё не описывает весь обмен веществ: важны и межфазные границы, и растворимость компонентов.
Почему это обсуждают применительно к водороду
При закачке газа в пористую породу там могут оставаться вода и другие газы. Возвращаемый состав тогда зависит от истории заполнения пор и времени обмена между фазами. Наблюдения помогают понять, какие процессы стоит учитывать в моделях подземного хранения водорода.
Но сам опыт проведён с азотом и криптоном, не с водородом. Он не измерял выход водорода из промышленного хранилища и не доказывал экономию на его очистке. Образец длиной 26,2 миллиметра также не воспроизводит неоднородность целого пласта. Следующий шаг для прикладного переноса — проверить модели с нужными газами, свойствами породы и масштабом хранилища. Научная ценность опыта уже есть: вода оказалась активным участником смешивания, а не неподвижным заполнителем пустот.
Продолжить знакомство с ролью состава и структуры вещества можно в WikiChem EASY.
Авторская схема EASY: водная перемычка разделяет газовые области в порах. Цвета и форма условные; это не снимок томографии.
