随着气候变化继续加速，许多科学家越来越担心世界将无法足够快地减少对化石燃料的依赖，从而有意义地避免最坏的情况。碳捕获和储存（CCS）技术，从大气中去除并储存二氧化碳，作为降低大气中温室气体浓度的另一种方法，已经得到了热烈的讨论和原型化；然而，迄今为止，它们从未成功地扩大到生产用途。现在，得克萨斯大学奥斯汀分校经济地质局的一名研究人员利用超级计算的力量来研究如何优化 CCS 技术以扩大规模。
CCS 通常通过捕获来自燃煤电厂的二氧化碳排放物来工作，然后将捕获的气体注入多孔岩石中，在那里可以长时间保存。研究人员 Sahar Bakhshian 正在调查哪些因素决定了岩石沉积物中可以储存多少二氧化碳。“我们的研究基本上是试图描述适合储存的地质环境，并探索我们注入二氧化碳的方式，以确保它是安全、有效的，并且不会对人类或地下水资源构成威胁，”巴赫希安在接受德克萨斯高级研究所的 Aaron Dubrow采访时说计算中心 (TACC)。
为此，她进行了微米级计算流体动力学模拟，研究了密西西比州 CCS 试验场向数字重建岩石中注入气体的情况。“我们尝试了不同的场景——使用不同的注入速率和流体岩石特性——以确定这些特性如何影响注入的二氧化碳的百分比，理想情况下，溶解机制可以捕获多少百分比，”Bakhshian 说。
地下二氧化碳储存（左）和二氧化碳在岩石内的扩散（右）。图片由研究人员提供。
这项工作是在 Frontera 上完成的，这是一个 23.5-Linpack petaflops 的戴尔系统，自 2019 年以来一直是 TACC 的旗舰超级计算机。Frontera 在最新的全球最强大的公开排名超级计算机的 Top500 列表中排名第 13 位。“计算流体动力学技术对于该领域至关重要，可以更好地筛选合适的二氧化碳储存目标储层，并预测这些储层中二氧化碳羽流的行为，”她说。
Frontera超级计算机
Bakhshian 发现有两个决定多孔岩石二氧化碳容量的关键控制因素。首先，润湿性，它代表二氧化碳分子如何粘附在岩石的裸露表面上；第二，二氧化碳注入的速度。
Bakhshian 希望这项研究将有助于推进 CCS 技术——这些技术在很大程度上受到成本和选址问题的阻碍——走向可行性。“它安全有效，”Bakhshian 说。“计算将帮助我们找到实现这一目标的经济方法。”