Ontwikkeling en toepassing van een innovatieve methode voor het bestuderen van de diffusie van opgeloste gassen in gesatureerde, poreuze media

Fijnkorrelige sedimentaire formaties worden in verschillende wetenschappelijk onderzoeksvelden bestudeerd, bijvoorbeeld als gastgesteente voor een diepe geologische berging voor hoog radioactief afval, als cap rock voor olie reservoirs of CO2 geosequestratie, of als potentiële economische bron  zoals in het geval het winnen van schalie gas.
Voor deze geologische lagen is het belangrijk om hun eigenschappen m.b.t. permeabiliteit te kennen, omdat deze een belangrijk onderdeel vormen in de besluitvorming om uit te maken of de lagen geschikt zijn als een effectieve barrière op lange termijn. Maar buiten enkele ruwe parameters zoals de hydraulische geleidbaarheid zijn deze eigenschappen moeilijk te meten omdat de poreuze structuur zich bevindt in het nanometer-gebied en omwille van een complex interconnectiviteit.

SCK•CEN heeft recent een veelzijdige techniek ontwikkeld waarmee de diffusie coefficient van opgeloste gassen in materialen met een lage porositeit gemeten kan worden. De methode werd gevalideerd met stalen Boomse Klei, en inmiddels werden diffusie c oëfficienten voor He, Ne, Ar, Xe, CH4, C2H6 en H2 gemeten. De precisie van de gemeten diffusie coëfficiënten is hoog (< 10% onzekerheid) in vergelijking met andere technieken.

Uit de meest recente resultaten is gebleken dat er een exponentieel vervand bestaat tussen de kinetische diamter van deze gassen, en de gemeten diffusie coëfficiënt (Deff). Een gelijkaardig verband kan men vinden tussen de kinetische diameter en de zelf-diffusiecoëfficiënt  (D0) van deze gassen in vrij water. De ratio van D0 op Deff wordt de formatie factor F genoemd. Het wordt algemeen aangenomen dat deze factor  gerelateerd is aan structurele eigenschappen en de permeabiliteit van het materiaal.  Een van de doelstellingen van dit doctoraat is na te gaan of men door het meten van diffusie coëfficiënten van opgeloste gassen informatie kan bekomen over de permeabiliteit/structuur van het materiaal.

Een andere doelstelling is nagaan of men ook voor andere gesteenten een gelijkaardige relatie kan vinden tussen de kinetische diamter en de diffusie coefficient. Indien dit het geval is, kan de diffusie coëfficiënt van een gas voorspeld worden op basis van de kinetische diameter. Hiervoor zullen gesteenten onderzocht worden, zowel uit het veld van de berging van radioactief afval (Callovo-Oxfordiaan en Opalinus klei), als uit het veld van de olie industrie en schalie gas winning.