Sammendrag
Modellering av kalde karbondioksid-dråper i havvann
Hovedfagsoppgave i Oseanografi, 2003
Kandidat: Karina B. Hjelmervik, Veileder: Peter M. Haugan
Geofysisk Institutt, UiB

Modellering av store, kalde karbondioksid-dråper i havvann

Økt utslipp av karbondioksid til atmosfæren, medfører et klimaproblem. Havet absorberer karbondioksid naturlig, og forskere har derfor undersøkt muligheten for å lagre karbondioksid i havet. Jo dypere karbondioksiden lagres, jo mindre påvirkes livet i havet og jo mindre karbondioksid frigjøres til atmosfæren. For å senke kostnadene og tekniske krav til dyp deponering, foreslo Aya et al. metoden som har fått navnet COSMOS (CO2 Sending Method for Ocean Storage).

COSMOS bygger på at en tilstrekkelig kald dråpe av flytende karbondioksid som frigjøres i havet ved mellomliggende dyp (~ 500 meter), har større tetthet enn omkringliggende vann, og derfor synker. En hydratfilm dannes momentant rundt dråpen og et islag fryser raskt på. Islagets tykkelse er avhengig av dråpens temperatur og hastighet, og påvirker både varmetransporten og oppdriften. Hvor langt dråpen synker før islaget smelter, avhenger av dråpens initielle størrelse, initiell temperatur og frigjøringsdybde.

I denne oppgaven formuleres problemet matematisk ut fra de grunnleggende ligningene for kraftbalansen og varmetransporten. På bakgrunn av disse ligningene og de termodynamiske egenskapene til karbondioksid, is og havvann, lages en numerisk modell.

Den kritiske dybden der karbondioksid har samme tetthet som havvann ved samme temperatur, varierer med geografisk posisjon. I Stillehavet utenfor kysten av Japan beregner modellen en kritisk dybde på nesten 2700 meter. Dersom en dråpe med radius lik 0.5 meter frigjøres på 500 meters dyp, kreves en initiell temperatur på -45oC for at dråpen skal synke dypere enn den kritiske dybden.

Dersom islaget er stivt, kan trykkutviklingen i dråpen være ulik trykkutviklingen i omkringliggende vann. Dette vil påvirke dråpens termodynamiske størrelser og resultere i at kravene til de initielle verdiene, senkes.

Modellen som presenteres i denne oppgaven, stiller strengere krav til de initielle verdiene enn modellen til Aya et al. for at dråpen skal synke forbi den kritiske dybden.