Modelling of calcite and dolomite dissolution in the buffered accelerated weathering of limestone technology for CO2 storage

The thesis analyses the technology of Buffered Accelerated Weathering of Limestone (BAWL) for CO2 storage. This process is based on the Enhanced Weathering of Limestone (EWL), which aim to speed up the processes that speed up the natural geochemical reactions. The functioning of BAWL is based on the usage of seawater, which by mixing with carbon dioxide and a powdered carbonate mineral (e.g. calcite or dolomite), can store CO2 in the ocean in the form of carbonate ions. After that these three components are mixed, the solution is channelled into a pipeline, where the reaction takes place, and discharged under the ocean's surface layers. The discharge in deep water is fundamental to avoid the release of carbon dioxide into the atmosphere. The other characteristic that avoids carbon dioxide degassing is the usage of calcium hydroxide, which is required to neutralise the unreacted CO2 and guarantee that the solution released has a pH comparable with the seawater. The technology model is implemented within the software PHREEQC. The functioning of BAWL has been examined to assess feasible operative points of the technology, and evaluate its working parameters as the time required for the reaction, length and deep of the pipeline, and dosage and characteristics of the carbonate minerals. The thesis focuses on assessing which carbonate minerals, between calcite and dolomite, are most suitable for its usage in BAWL. The analysis is performed by defining initial values for the different operative parameters, which are then changed one at a time, to define their impact on the carbonate mineral dissolution. Once identified the most influential parameters, different operative points that guarantee a complete dissolution of the carbonate minerals are defined (e.g. length and deep of the pipeline). Once defined the optimal operating points for BAWL, these are compared from an economic point of view by a costs analysis. The usage of calcite results more efficient than the utilisation of dolomite in the functioning of BAWL because the working conditions results more advantageous, both for the feasibility of that technology and from an economic point of view.

La tesi si incentra sull’analisi della tecnologia per il processo di Buffered Accelerated Weathering of Limestone (BAWL) per lo stoccaggio della CO2, una tecnologia basata sui processi di Enhanced Weathering of Limestone (EWL) per accelerare i naturali cicli geochimici terrestri. Il BAWL si basa sull’utilizzo di acqua marina, che miscelata con CO2 e minerale carbonato polverizzato (come calcite o dolomite) può stoccare la CO2 nel mare sotto forma di ioni carbonati. Dopo la miscelazione di questi tre elementi, la soluzione è convogliata in una tubatura e rilasciata al di sotto della superfice marina: la profondità è fondamentale per evitare che l’anidride carbonica possa tornare in atmosfera. L’altra caratteristica che evita il degassamento della CO2 è l’uso di idrossido di calcio, il quale serve a neutralizzare l’anidride carbonica rimanente e garantire che la soluzione abbia un pH simile a quello marino. La modellizzazione della tecnologia è stata svolta con il software PHREEQC. Con esso la tecnologia è stata esaminata per determinare le caratteristiche di funzionamento del BAWL in termini di: lunghezza e profondità della tubatura, e dosaggio e caratteristiche del minerale. La tesi valuta quale minerale carbonato, tra calcite e dolomite, sia più idoneo per l’utilizzo nel BAWL. L’analisi viene svolta definendo dei valori iniziali per i parametri operativi (lunghezza e profondità della tubatura, dimensione dei grani di minerale…), i quali vengono variati e combinati per definirne l’impatto sulla dissoluzione del minerale. Sono quindi definiti diverse condizioni operative che garantiscono una completa dissoluzione del minerale e ottimizzano i parametri. Sui punti di funzionamento viene poi fatta un’analisi dei costi per determinare quali siano le condizioni operative che rendono la tecnologia più conveniente. La calcite risulta più efficiente della dolomite in quanto permette un corretto funzionamento del BAWL, con condizioni operative più convenienti sia per fattibilità tecnologia che per costi correlati.