El estudio, liderado por el IDAEA-CSIC, presenta una nueva herramienta experimental para mejorar la seguridad del almacenamiento subterráneo de CO2.
Salinas. | Angelo Villalobos en Pixabay
El almacenamiento geológico de dióxido de carbono (CO₂) se plantea como una de las estrategias más prometedoras para frenar el cambio climático. Consiste en capturar el gas e inyectarlo en formaciones geológicas profundas, como antiguos yacimientos de petróleo o acuíferos salinos. Entender este proceso a nivel físico, geológico e hidrológico es tremendamente complejo, pero es también muy necesario para que se implemente de una como una solución viable y segura a gran escala.
Investigadores del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA) del CSIC y del Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (IRPHE) han desarrollado una nueva herramienta experimental para entender mejor este proceso. El trabajo, liderado por el investigador del IDAEA Juan J. Hidalgo, ha sido publicado en la revista Physical Review Fluids y podría ayudar a mejorar la seguridad y eficacia del almacenamiento subterráneo de CO₂.
¿Por qué inyectar CO₂ en acuíferos salinos?
Los acuíferos salinos, formaciones geológicas saturadas de agua salada, tienen una enorme capacidad para almacenar CO₂. Este almacenamiento tiene una particularidad: cuando se inyecta, el CO₂ pasa a estado supercrítico: una fase intermedia entre gas y líquido que se alcanza a altas presiones y temperaturas. En este estado, el CO₂ es menos denso que la salmuera, así que tiende a ascender como si fuera una burbuja gigante.
Dos de las opciones de almacenamiento geológico de CO2. | Alejandro Rodríguez (IDAEA-CSIC)
Este comportamiento plantea un problema: si el CO₂ llega a fracturas o pozos abandonados, podría escapar a la superficie. Para evitarlo, es clave que el gas se mezcle bien con la salmuera y se disuelva en ella.
La mezcla inestable de CO2 y salmuera favorece la inyección de CO2 en el subsuelo
Cuando el CO₂ supercrítico empieza a disolverse en la salmuera se forma una capa intermedia más densa que ambas fases por separado. Esta configuración (arriba: CO₂ ligero, en medio: mezcla de CO2 y salmuera más densa, abajo: salmuera más ligera) genera una situación físicamente inestable, parecida a tener aceite flotando sobre agua.
Esa inestabilidad da lugar a lo que los científicos llaman «digitaciones«: estructuras ramificadas que se introducen como dedos en el líquido inferior.
“Estos movimientos aumentan la mezcla entre el CO₂ y la salmuera y esto es positivo porque cuanto más disuelto está el CO₂, menos posibilidades tiene de escapar, por lo que todo el proceso es más seguro”, explica Juan J. Hidalgo, investigador del IDAEA y autor principal del estudio.
Representación gráfica de las digitaciones formadas en la inyección del CO2. Simulaciones en un medio homogéneo (centro) y heterogéneo (derecha). Juan J. Hidalgo
El nuevo experimento representa con mayor precisión la heterogeneidad del subsuelo
Hasta ahora, estos fenómenos se habían estudiado con modelos numéricos o con celdas de Hele-Shaw: dos placas transparentes muy próximas entre sí que simulan el flujo en medios porosos. Pero estos modelos son demasiado simplificados, ya que no captan bien la heterogeneidad geológica real, es decir, las variaciones en forma y permeabilidad del subsuelo.
El trabajo de Rima Benhammadi, Patrice Meunier y Juan J. Hidalgo aporta una innovación clave: han diseñado una nueva celda experimental con topografía. Es una versión modificada de la celda de Hele-Shaw que incluye relieves y estructuras que imitan la complejidad del terreno subterráneo. Gracias a esta topografía controlada, han podido estudiar con precisión cómo las irregularidades del terreno afectan a la formación de digitaciones y a la eficiencia del almacenamiento de CO₂.
Patrones experimentales de digitaciones. | Adaptado de Benhammadi et al., 2025.
¿Qué permite la nueva celda experimental?
Gracias a la nueva celda de Hele-Shaw con topografía, los investigadores han podido cuantificar diferentes parámetros relacionados con la inestabilidad de la mezcla: la longitud de onda, el número de ondas o la amplitud de las digitaciones. A diferencia de estudios anteriores, que medían los flujos de disolución, este trabajo se centra en cómo la heterogeneidad del terreno modifica el patrón de inestabilidad.
Y aunque aún no se puede predecir con total precisión cómo afectará una determinada estructura geológica al comportamiento del CO₂, este experimento supone un gran paso adelante.
“Este trabajo nos acerca al objetivo ideal: poder relacionar los parámetros que describen la heterogeneidad del medio con cómo se comportan las inestabilidades: qué formas adoptan, cuánto tardan en desarrollarse y cómo afectan a la disolución del CO₂”, concluye Juan J .Hidalgo.
Alicia S. Arroyo
Comunicación y Divulgación | IDAEA
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