Iceland: from geothermal energy to the storage of CO2

La Banque Européenne d’Investissement vient de signer un accord de 125 millions d’euros avec Landsvirkjun, la compagnie nationale d’électricité islandaise, pour financer une nouvelle centrale géothermique à Theistareykir, à 30 km au SE de Husavik, dans le nord-est de l’Islande. Le financement servira à la conception, la construction et l’exploitation d’une centrale de 90 MW et ses puits géothermiques. Neuf d’entre eux, de plus de 50 MW, ont déjà été forés et testés.

Source : Iceland Review.

L’Islande pourrait aussi être l’endroit idéal pour stocker dans son sol l’excès de dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère. En effet, alors que le monde évolue lentement vers les énergies renouvelables, il serait souhaitable de limiter le dioxyde de carbone produit par les combustibles fossiles. Certains chercheurs essayent de capter le CO2 émis par les cheminées d’usines en utilisant le moins d’énergie possible. D’autres travaillent sur des lieux de stockage éventuels.

C’est ainsi qu’une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université de Southampton a participé au projet CarbFix, à côté d’une centrale géothermique dans la périphérie de Reykjavik. Cette centrale exploite une source de vapeur produite par le magma à faible profondeur, en sachant que du CO2 et des gaz soufrés d’origine volcanique sont émis en même temps que la vapeur. Le but est de capter le gaz et de le réinjecter dans le sous-sol. Le processus se fait avec un puits d’injection foré dans le soubassement basaltique. Les chercheurs séparent le dioxyde de carbone de la vapeur produite par la centrale et l’envoient vers un puits d’injection. Le dioxyde de carbone est injecté dans un tuyau qui de trouve lui-même logé à l’intérieur d’un autre tuyau rempli d’eau en provenance d’un lac situé à proximité. A plusieurs dizaines de mètres de profondeur, le dioxyde de carbone est libéré dans l’eau où la pression est si élevée qu’il se dissout rapidement. Ce mélange d’eau et de dioxyde de carbone dissous, qui devient très acide, est envoyé plus profondément dans une couche de roche basaltique où il commence à lessiver des minéraux comme le calcium, le magnésium et le fer. Les composants du mélange finissent par se recomposer et se minéraliser en roches carbonatées.
Les chercheurs ont été surpris de voir à quelle vitesse la roche islandaise absorbe le CO2. Des expériences en laboratoire ont montré qu’il faudrait des décennies pour que le CO2 injecté dans le basalte parvienne à minéraliser. Les résultats du projet islandais démontrent, quant à eux, que la minéralisation pratiquement intégrale du CO2 in situ dans les roches basaltiques peut se produire en moins de 2 ans.
Suite à ce premier succès, Reykjavik Energy, qui exploite la centrale géothermique, a accéléré l’injection de CO2 au cours des deux dernières années. Les techniciens vont bientôt injecter dans le sous-sol un quart du CO2 émis par la centrale. Le coût du projet est relativement faible, d’environ 30 dollars par tonne de CO2.
Malgré son succès, il n’est pas certain que cet exemple de stockage du CO2 en Islande puisse être appliqué dans le monde entier. On ne sait pas vraiment ce qui permet la minéralisation rapide sur le site de CarbFix. Ce peut être dû à une combinaison de caractéristiques géologiques du sous-sol et de la géochimie des eaux souterraines, bien que les chercheurs pensent que leur approche de dissolution du CO2 dans l’eau avant l’injection joue un rôle important. D’autres expériences ailleurs dans le monde ont révélé des taux plus lents de minéralisation. En conséquence, même si le projet CarbFix est encourageant, il y a encore de grands défis à relever si l’on veut utiliser cette technologie pour réduire les émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
Vous trouverez plus de détails sur ce projet en cliquant sur ce lien: Ars Tecnica.

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The European Investment Bank has signed a 125-million-euro loan agreement with Landsvirkjun, the National Power Company of Iceland, to finance a new geothermal power station at Þeistareykir, 30 km SE of Húsavik in north-eastern Iceland. The financing will be used to support the design, construction and operation of a new 90 MW geothermal power station and its geothermal wells. Nine of these, with over 50 MW capacity have already been drilled and tested.

Source: Iceland Review.

Iceland could also be the right place to store in its ground the excess of carbon dioxide in the atmosphere. Indeed, as the world continues to slowly shift to renewable energy, it would be great to limit the carbon dioxide produced from the fossil fuels. Some researchers are working on capturing that CO2 from smokestacks using as little energy as possible. Others are working on places to put it.

A team led by a University of Southampton researcher was involved in the CarbFix project, located next to a geothermal power plant outside Reykjavik. This plant basically taps a source of steam above Iceland’s shallow magma chambers, but some volcanic CO2 and sulfur gas come along with it. The goal is to capture that gas and stick it back underground. That’s done with an injection well drilled down into basalt bedrock. The researchers separate the carbon dioxide from the steam produced by the plant and send it to an injection well. The carbon dioxide gets pumped down a pipe that’s actually inside another pipe filled with water from a nearby lake. Dozens of metres below the ground, the carbon dioxide is released into the water, where the pressure is so high that it quickly dissolves. That mix of water and dissolved carbon dioxide, which becomes very acidic, gets sent deeper into a layer of basaltic rock, where it starts leaching out minerals like calcium, magnesium and iron. The components in the mixture eventually begin to mineralize into carbonate rocks.

The researchers were surprised to see how quickly it all happened. Laboratory experiments have shown that it ought to take decades for CO2 injected into basalt to mineralize. However, the results of this study demonstrate that nearly complete in situ CO2 mineralization in basaltic rocks can occur in less than 2 years.

Following on this early success, Reykjavik Energy, which operates the geothermal power plant, has ramped up injection over the past couple years. They’ll soon be injecting a quarter of the CO2 released by the plant. The cost of the project is comparatively low, about $30 per ton of CO2.

Although successful, it is not sure this breakthrough demonstration of CO2 storage can be emulated around the world. It’s not entirely clear what allowed such rapid mineralization about the CarbFix site. It could be some combination of characteristics of the geology and groundwater chemistry, although the researchers think their approach of dissolving the CO2 in water before injection played a role. Other experiments elsewhere in the world have revealed slower rates of mineralization. As a consequence, even though the CarbFix project is encouraging, there are still some big challenges to be met if we want to use this technology to reduce greenhouse gas emissions in the atmosphere.

More details on the project by clicking on this link: Ars Tecnica.

Photo: C. Grandpey

Toujours plus de CO2 dans l’atmosphère…et de moins an moins de glace de mer ! // More and more carbon dioxide in the atmosphere…and less and less sea ice !

L’Observatoire du Mauna Loa à Hawaii mesure le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique depuis près de 60 ans. Les niveaux enregistrés complètent la célèbre courbe de Keeling (voir ci-dessous), du nom de Charles David Keeling, le scientifique qui a commencé les mesures en 1958.
La première mesure de dioxyde de carbone enregistrée par Keeling en 1958 révélait un niveau de seulement 316 ppm (parties par million). Depuis cette date, le CO2 a augmenté de façon spectaculaire. En 2013, la concentration dans l’atmosphère atteignait 400 ppm, un niveau symbolique, car c’est celui que les climatologues définissent comme «le début de la zone de danger ». La quantité de CO2 dans l’atmosphère a atteint un nouveau record en mai 2016. C’est également la plus forte augmentation annuelle depuis le début de son suivi à la fin des années 1950.

La concentration de CO2 moyenne en mai était de 407,7 ppm, ce qui correspond à une augmentation de 3,76 ppm par rapport à mai 2015, et la plus forte hausse sur une année. Le 9 avril, un niveau de 409,44 ppm a été atteint. Toutefois, les scientifiques ont tendance à ne pas attacher trop d’importance aux moyennes quotidiennes car elles fluctuent souvent de manière trop forte pour être représentatives de l’atmosphère dans son ensemble.
L’augmentation de la concentration de CO2 est actuellement la plus rapide depuis des centaines de milliers d’années. Selon la NOAA, la dernière fois que notre planète a connu une telle augmentation continue du dioxyde de carbone, c’était il y a entre 17 000 et 11 000 ans. L’augmentation actuelle est 200 fois plus rapide que cela. Aujourd’hui, la concentration de CO2 est la plus élevée des 800 000 dernières années ; c’est ce que révèlent les carottes de glace qui ont piégé le dioxyde de carbone du passé.

L’augmentation provient principalement des combustibles fossiles, même si El Niño peut être tenu en partie pour responsable. En effet, l’air des tropiques a tendance à s’assécher pendant un épisode El Niño, ce qui affecte énormément la vie végétale. Les plantes absorbent le dioxyde de carbone atmosphérique qui est nécessaire à la photosynthèse. S’il y a moins de plantes, il y aura plus de CO2 dans l’atmosphère. El Niño augmente également le risque d’incendies qui injectent, eux aussi, de grandes quantités de CO2 dans l’air.
En cliquant sur ce lien, vous verrez une animation qui montre la variation des concentrations de CO2 dans l’atmosphère entre septembre 2014 et janvier 2016:
https://youtu.be/YFeaBDavzSY

Source: The Washington Post.

Dans le même temps – et ce n’est pas une surprise – les scientifiques enregistrent dans l’Arctique, pour le mois de mai, la plus faible étendue de glace de mer de tous les temps. Cette étendue (autrement dit la zone dans laquelle au moins 15% de la surface de la mer est gelée) a été la plus réduite pour ce mois depuis le début des mesures satellites en 1979. Le record du mois de mai fait suite à d’autres pour les mois de janvier, février et avril, sans oublier le record hivernal enregistré en mars. L’absence de glace de mer affecte l’ensemble de l’Arctique, aussi bien le côté Pacifique que la partie Atlantique.

La fonte de la glace de mer est actuellement en avance de deux à quatre semaines par rapport à 2012, année de référence pour le minimum. Ainsi, la débâcle a déjà commencé dans la Mer de Beaufort ; les zones dépourvues de glace ont tendance à s’agrandir, ce qui va contribuer à accélérer la fonte. En effet, ces zones libres de glace absorbent la chaleur pendant l’été et la glace fond encore plus vite.

Source : Alaska Dispatch News.

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The Mauna Loa Observatory in Hawaii has been measuring atmospheric carbon dioxide (CO2) for nearly 60 years. The resulting CO2 levels create the iconic Keeling Curve, shown below, named for Charles David Keeling, the scientist who began the measurements in 1958.

The first carbon dioxide measurement recorded by Keeling was just 316 ppm. Since then, it has increased dramatically. In 2013, the atmosphere’s carbon dioxide concentration hit 400 ppm — a significant milestone, because it’s the level at which climate scientists identify as “the beginning of the danger zone”. The amount of CO2 in the atmosphere reached a new record in May. It also increased more in a single year than it has since the beginning of its monitoring in the late 1950s.

The average CO2 concentration in May was 407.7 parts per million. This was a 3.76 ppm increase since May 2015, and the largest year over year increase on record. On April 9^th, a daily record of 409.44 ppm was set, although scientists tend to not follow the daily averages too closely, since they often fluctuate too wildly to be representative of the atmosphere as a whole.

Carbon dioxide levels are increasing faster than they have in hundreds of thousands of years. According to NOAA, the last time our planet saw such a sustained increase in carbon dioxide was between 17,000 and 11,000 years ago. The current rate of increase is 200 times faster than that. Carbon dioxide in the atmosphere is higher now than it has been in more than 800,000 years, as can be concluded from ice samples that have trapped the carbon dioxide in ancient air.

The increase mostly comes the burning of fossil fuels, although a part of this year’s very large spike can be attributed to El Niño. Indeed, the tropics tend to dry out during an El Niño episode, which kills off a lot of plant life. Plants absorb atmospheric carbon dioxide, which is necessary for photosynthesis. Fewer plants means more CO2 in the atmosphere. El Niño also increases the likelihood of extreme wildfires, which also inject large amounts of CO2 into the air.

By clicking on this link, you will see an animation that shows the variation of CO2 concentrations in the atmosphere between September 2014 and January 2016:

https://youtu.be/YFeaBDavzSY

Source: The Washington Post.

Meantime, and this does not come as a surprise, scientists are announcing another monthly record low for Arctic sea ice. Its extent (namely the area where at least 15 percent of sea surface is frozen) in May was the lowest measured for that month since satellite recording began in 1979. The record-low in May follows record lows posted for January, February and April and a record-low winter maximum reached in March. The low-extent pattern is spread across the Arctic, both on the Pacific side and the Atlantic side.

The melt is now two to four weeks ahead of the pace set in 2012, the year when the record-low minimum was set. For instance, the ice in the Beaufort Sea is already broken up, and holes have become large and are expected to contribute to future melt. The holes are likely to absorb a lot of heat during the summer and accelerate the melt.

Source : Alaska Dispatch News.

Courbe de Keeling (Source: NOAA): Le CO2 atteint des sommets….

…et la glace de mer se réduit comme peau de chagrin! (Photo: C. Grandpey)

Contrôle des émissions de SO2 depuis l’espace // Monitoring of SO2 emissions from space

Un article intitulé « Les satellites découvrent de nouvelles sources de dioxyde de soufre » et publié le 7 juin 2016 par l’Observatoire de la Terre (Earth Observatory) de la NASA fait un inventaire des émissions de SO2 qui étaient inconnues ou mal connues jusqu’à présent.
En utilisant une nouvelle méthode basée sur les observations satellitaires, les scientifiques ont localisé 75 sources naturelles de SO2, ainsi que 39 autres sources importantes, d’origine humaine et non déclarées. On sait depuis longtemps que lorsqu’il est libéré dans l’atmosphère, le dioxyde de soufre se transforme en acide sulfurique (H2SO4), avec de fines particules qui ont des effets néfastes sur la santé et sur l’environnement.
Afin d’élaborer des inventaires complets et précis, les industries, les organismes gouvernementaux et les scientifiques peuvent désormais utiliser les satellites pour repérer les sources de SO2 non répertoriées. En analysant les données pour la période entre 2005 et 2014, les chercheurs ont découvert 39 sources d’émissions de SO2 non signalées précédemment. Parmi elles, on trouve des centrales thermiques brûlant du charbon, des fonderies et des structures pétrolières et gazières, notamment au Moyen-Orient, au Mexique et dans certaines régions de la Russie. En outre, les scientifiques se sont aperçus que les mesures satellitaires des émissions provenant de certaines sources connues étaient deux à trois fois supérieures à ce qui avait été indiqué précédemment en se référant à des estimations effectuées au sol. Au total, les sources non déclarées et sous-déclarées représentent environ 12 pour cent de toutes les émissions anthropiques de dioxyde de soufre, ce qui est considérable.
L’équipe scientifique a également détecté et localisé 75 sources naturelles de SO2, dont beaucoup se trouvent dans des zones volcaniques sans phénomènes éruptifs, mais qui laissent lentement échapper le dioxyde de soufre. Beaucoup de ces sources volcaniques sont dans des endroits éloignés et non surveillés régulièrement. Ces nouvelles données satellitaires sont donc les premières à fournir des informations annuelles régulières sur les émissions volcaniques passives.
La quantification précise des émissions de SO2 a été rendue possible grâce à deux innovations dans l’interprétation des données satellitaires. La première innovation est une amélioration dans le traitement informatique qui transforme les observations satellitaires brutes fournies par l’Ozone Monitoring Instrument (OMI) – instrument de surveillance de l’ozone – en estimations précises des concentrations de SO2, y compris par les installations pétrolières et les centrales électriques de taille moyenne. La seconde innovation est un nouveau programme informatique qui permet de détecter plus précisément le dioxyde de soufre une fois qu’il s’est dispersé et qu’il a été dilué par les vents. Les chercheurs ont combiné ces données avec des modélisations de la force et de la direction du vent pour suivre les polluants jusqu’à leur source.

Source: NASA.

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An article entitled « Satellite Finds Unreported Sources of Sulfur Dioxide » published on June 7^th, 2016 by NASA’s Earth Observatory makes an inventory of SO2 emissions that were unknown or poorly known until now.

Using a new satellite-based method, scientists have located 75 natural and 39 unreported and major manmade sources of SO2 emissions. When released into the atmosphere, SO2 forms sulphuric acid (H2SO4) and fine particles that have significant adverse effects on human health and the environment.

To develop comprehensive and accurate inventories, industries, government agencies, and scientists can now use satellites to help them pinpoint some of the previously missing sources of SO2. In the analysis of data from 2005 to 2014, researchers found 39 previously unreported emission sources. Among them were clusters of coal-burning power plants, smelters, and oil and gas operations, most notably in the Middle East, but also in Mexico and parts of Russia. Moreover, the satellite measurements of emissions from some known sources were two to three times higher than what was previously reported; referring to ground-based estimates. Altogether, the unreported and underreported sources account for about 12 percent of all manmade emissions of sulphur dioxide, which is considerable.

The research team also located 75 natural sources of SO2, many of them on non-erupting volcanoes that slowly leak the gas. Many of these volcanic sources are in remote locations and not routinely monitored, so this satellite-based data set is the first to provide regular annual information on passive volcanic emissions.

The accurate quantification of SO2 emissions was made possible thanks to two innovations in working with the satellite data. The first innovation was an improvement in the computer processing that transforms raw satellite observations from the Ozone Monitoring Instrument (OMI) into precise estimates of SO2 concentrations, including those emitted by oil-related facilities and medium-sized power plants. The second innovation was a new computer program to more precisely detect sulphur dioxide after it had been dispersed and diluted by winds. The researchers combined those data with model estimates of wind strength and direction to trace pollutants back to their sources.

Source: NASA

Cette carte montre les émissions de SO2 telles qu’elles ont été détectées au Moyen-Orient entre 2007 et 20019 par l’OMI, mis au point par les Néerlandais et les Finlandais, depuis le satellite Aura de la NASA. (Source : NASA)

La glace de mer en Antarctique et dans l’Arctique // Sea ice in the Antarctic and the Arctic

Une nouvelle étude conduite par une équipe scientifique sous l’égide de la NASA et de la NOAA a identifié les causes des différences de comportement entre la glace de mer de l’Arctique et son homologue de l’Antarctique.

L’étendue de glace de mer au pôle nord a atteint sa surface la plus faible de tous les temps au cours des dernières années et elle s’est amincie de 65 pour cent entre 1975 et 2012. Dans le même temps, l’Antarctique a augmenté sa couverture de glace en dépit des inquiétudes qui sont apparues quant à la fonte de ses glaciers.
En utilisant des données thermiques, topographiques, et bathymétriques, l’équipe scientifique a identifié les raisons de la préservation de la glace de mer en Antarctique. Ils ont découvert que la profondeur de l’océan dans la région et certaines caractéristiques à la surface du continent avaient un impact sur la circulation des vents et des courants océaniques, de telle manière que la production et la protection de la glace de mer n’étaient pas affectées. Dans le même temps, des conditions très différentes dans l’Arctique entraînaient la fonte de la glace de mer.
En utilisant les données fournies par le satellite QuikScat de la NASA, lancé en 1999, les scientifiques ont analysé la formation et la trajectoire suivie par la glace de mer en Antarctique, ainsi que les différents types de couverture de glace dans l’Océan Austral. La conclusion de l’étude est que les vents poussent et installent la glace de mer autour du continent pendant sa période de formation entre Juin et Septembre, ce qui entraîne la formation d’une Grande Zone Bouclier (Great Shield Zone / GSZ) qui protège la jeune glace qui se trouve à l’intérieur.
La GSZ ainsi formée s’étend sur une largeur de 100 à 1000 kilomètres et empêche que la nouvelle glace soit brisée par les éléments. La situation géographique de la GSZ correspond également au front sud du courant circumpolaire antarctique qui marque la frontière qui entre les eaux froides et les eaux chaudes près du continent austral. Le contact avec des eaux plus froides favorise la stabilité de la GSZ et permet à la nouvelle glace de se développer rapidement.
La Grande Zone Bouclier (GSZ) offre des conditions pratiquement opposées à celles de la zone où se forme la glace de mer dans l’Arctique. Dans les hautes latitudes, on a affaire à une zone de formation glace peu épaisse, facilement perturbée par le vent et les vagues et soumise à des eaux plus chaudes que la GSZ. La distribution des vents de l’Arctique peut également faire se déplacer la glace en cours de formation vers des secteurs plus chauds de l’océan, où elle va forcément fondre.
En dépit de ces explications sur la formation de la glace de mer en Antarctique, les scientifiques sont inquiets quand ils observent les températures record enregistrées à travers le monde et la fonte continue des grands glaciers. Ils se posent des questions sur le comportement de la glace en Arctique et en Antarctique dans les années à venir et sur son impact sur l’élévation du niveau des océans. Selon un chercheur australien, «les glaciers de l’Antarctique sont susceptibles de perdre une importante masse de glace et, conjointement avec le changement climatique, ils pourraient contribuer à une élévation de plusieurs mètres du niveau de l’océan à proximité du continent. »
Source: Alaska Dispatch News and The Christian Science Monitor.

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A new study by a NASA- and NOAA-backed team has identified the causes of the stark contrast between Arctic and Antarctic sea ice change.

The northern pole’s sea ice extent has been recorded at all-time lows in recent years and thinned by 65 percent between 1975 and 2012, while the southern continent has seen gains in its ice coverage despite concerns over glacier melting.

Using temperature, topographical, and bathymetric data, the research team identified the cause behind the preservation of Antarctica’s ice. They found local ocean depth and continental surface features impact the region’s wind and ocean currents in such a way that the production and protection of sea ice is sustained. Meantime, dissimilar conditions in the Arctic have led to the ongoing melt of the sea ice.

Using data from NASA’s QuikScat satellite, launched in 1999, the scientists analyzed the formation and routes of Antarctic sea ice, as well as the different types of ice coverage in the Southern Ocean. The conclusion of the study is that winds push building ice out and around the continent during the sea ice growth season from June to September, forming a Great Shield Zone (GSZ) that shelters young interior ice.

The established GSZ stretches from 100 to 1,000 kilometres wide and keeps the new ice from being broken up by the elements. The zone’s path also corresponds with the the southern Antarctic Circumpolar Current front, a boundary that marks a separation of cooler and warmer waters near the southern continent. The contact with colder waters maintains the GSZ and allows for new ice to grow quickly.

The southern GSZ provides conditions nearly opposite to those of the Arctic’s marginal ice zone, a boundary of thin, new ice easily disturbed by wind and waves and subjected to warmer waters than the GSZ. Arctic wind patterns can also move developing ice toward warmer sections of the ocean, where it melts.

Even with evidence and an explanation for sea ice growth in Antarctica, record high global temperatures and the ongoing melting of major glaciers have some scientists worried about the future of both Arctic and Antarctic ice features and their impact on sea level rise. According to an Australian researcher, “Antarctic glaciers may be at risk of substantial ice loss, and could contribute to a multi-metre response to climate change near the continent.”

Source: Alaska Dispatch News and The Christian Science Monitor.

Etendue de la glace de mer en Antarctique en 2012 (Source: NASA)

Vue de la glace de mer dans l’Arctique (Photo: C. Grandpey)

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