CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE
National Research Council of Italy
ISTITUTO DI GEOSCIENZE E GEORISORSE
Institute of Geosciences and Earth Resources
56124 PISA (Italy) -Via G. Moruzzi, 1
web: www.igg.cnr.it
e-mail: [email protected]
Pisa, 27 Dicembre 2007
CO2 sequestration in serpentinites
Short Term Mobility
Relazione scientifica finale di Chiara Boschi
Il sequestro mineralogico in Italia - IGG-CNR
Il confinamento geologico della CO2 (intrappolamento gassoso di CO2,
dissoluzione in fase acquosa, precipitazione di minerali carbonatici) può fornire nel
breve termine un importante contributo alla riduzione delle emissioni di gas serra in
atmosfera. Il confinamento di CO2 attraverso la reazione tra silicati primari (olivina e
serpentino) e CO2 (sequestro mineralogico) con la conseguente precipitazione di
minerali carbonatici (magnesite) è particolarmente interessante perchè la CO 2 è
intrappolata permanentemente all’interno dei carbonati prodotti e il materiale residuo
(magnesite, talco e silice) è stabile nel tempo e non necessita di monitoraggio come
nel caso di iniezione di CO2 in pozzi.
La Toscana centro-meridionale (Monti livornesi, Colline pisane, Val d’Elsa,
Isola d’Elba) presenta analoghi naturali di sequestro mineralogico di CO2 costituiti da
numerosi giacimenti di magnesite incassati nelle serpentiniti delle unità ofiolitiche
liguri.
Gli obbiettivi di questo studio sono stati volti all’indagine dell’evoluzione e la
definizione dei parametri strutturali e fisico-chimici del processo di carbonatazione
negli analoghi naturali toscani. In particolare abbiamo eseguito una iniziale indagine
geologico-strutturale dei giacimenti per verificare il contesto strutturale che ha creato
la permeabilità sfruttata dai fluidi idrotermali ricchi in CO 2 e la propagazione del
processo metasomatico e/o di riempimento delle fratture. In collaborazione con
l’istituto di mineralogia e petrografia di Zurigo (ETH), durante il periodo di “Short term
mobility”, sono state studiate le reazioni mineralogiche coinvolte nel processo di
sequestro di CO2 (metasomatismo vs. precipitazione), la mobilità degli elementi
maggiori ed in traccia durante il processo idrotermale e sono state verificate le
condizioni di equilibrio (o disequilibrio). In particolare, dopo un’attenta analisi
petrografica e tessiturale al microscopio ottico, sono state eseguite circa 500 analisi
in microscopia elettronica (con JEOL JXA-8200) per definire la composizione chimica
delle singole fasi mineralogiche, il loro rapporto tessiturale a scala µmetrica e la loro
sequenza temporale di precipitazione.
I giacimenti toscani sono costituiti prevalentemente da magnesite (tenori
intorno al 80-90 % di Mg(CO)3) con minori quantità di silice microcristallina ed opale,
dolomite, calcite e idrossidi di ferro e mostrano una zonazione verticale (zone più
ricche in silice con l’aumento della profondità) e all’interno delle vene (iniziale
precipitazione di magnesite, poi dolomite e quarzo) suggerendo una evoluzione
temporale e spaziale del fluido idrotermale che ha prodotto i depositi. I giacimenti
sono in contatto con serpentiniti alterate, silicizzate, fratturate e riempite da vene di
carbonati. Le rocce serpentinitiche silicizzate non hanno subito cambiamenti di
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Il sequestro mineralogico in Italia - IGG-CNR
volume durante il primo stadio di alterazione; sono state brecciate in uno stadio
successivo e riempite da vene di carbonati osservabili a mega e microscala.
Osservazioni petrografiche dei campioni provenienti da Monterufoli-Malentrata
hanno portato alla individuazione di una sequenza di precipatazione dei minerali che
rispecchia quella osservata in campagna: (i) una iniziale deposizione di magnesite
microcristallina; seguita da (ii) dolomite con tessitura comb e (i) da cristalli di quarzo
e/o da patine di opale.
Osservazioni ed analisi con il microscopio elettronico hanno portato alle
seguenti indicazioni:
la magnesite è ricca in ferro (fino all’ 8% in peso). Alcune vene sono
-
state analizzate a step di pochi micron: la parte esterna, deposta per
prima è più ricca di ferro rispetto alla parte più interna. Termini di
magnesite più ricchi in ferro presentano arricchimenti in manganese
(fino a 0,30% in peso), calcio (fino al 2% in peso); l’arricchimento in
ferro è inversamente proporzionale al contenuto di magnesio.
-
La dolomite presenta valori costanti di calcio e di magnesio; il ferro
generalmente è presente con valori <4% (solo alcuni campioni arrivano
all’8% in peso). Non si osservano zonazioni chimiche ma solo bordi di
reazione al contatto con magnesite.
-
SiO2 si presenta sia come quarzo stechiometrico sia come opale o
silice amorfa ricchi in alluminio e cromo.
Le rocce serpentinitiche al contatto con i depositi, anche ad un osservazione
microscopica e con microscopio elettronico, risultano essere altamente silicizzate
(con presenza prevalente di silice amorfa o opale). Questa alterazione ha lasciato
inalterata la tessitura originaria della roccia e si possono ancora osservare relitti di
tessiture mesh tipiche della serpentinite. In un secondo stadio della storia
deformativa, le serpentiniti silicizzate sono state brecciate e ri-cementate con
carbonati di precipitazione. Si osserva inoltre un fillosilicato di aspetto terroso che
può essere pensato come fase tardiva di alterazione superficiale di bassa
temperatura.
Questi dati permettono già da ora di descrivere la storia idrotermale dei
giacimenti di Malentrata e Fortullino. Ulteriori indagini geologico-strutturali,
petrografiche, mineralogiche, geochimiche dei giacimenti di magnesite toscani
permetteranno di capire:
-
L’evoluzione del deposito in funzione dei movimenti tettonici indotti dalla
mineralizzazione stessa o all’interno di movimenti regionali;
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Il sequestro mineralogico in Italia - IGG-CNR
-
Il rapporto tra permeabilità pre-esistente e permeabilità indotta dal processo
idrotermale per variazione di volume e per idrofratturazione;
-
Il rapporto tra roccia incassante e chimismo del fluido idrotermale; alterazione
della serpentiniti, processi di metasomatismo e/o di dissoluzione;
-
La mobilità degli elementi maggiori ed in traccia durante il processo (es.
mobilità di Cr e Ni; importante a livello ambientale in un eventuale
esperimento di sequestro di CO2 in situ);
-
Le condizioni di temperatura, pressione e composizione dei fluidi ottimali per
la propagazione delle reazioni di carbonatazione.
L’insieme dei risultati ottenuti consentiranno di fare delle previsioni sugli
effetti da carbonatazione indotta, e di selezionare/imporre le condizioni geologiche di
iniezione più adatte per un eventuale progetto pilota di sequestro di CO2 in situ in
rocce ofiolitiche. I giacimenti toscani rappresentano un’occasione per ampliare le
conoscenze del processo di carbonatazione e di sequestro mineralogico di CO2.
Pubblicazioni scientifiche per riviste internazionali sono già in fase di
scrittura. Il lavoro è stato presentato a varie conferenze internazionali e nazionali e
una presentazione del progetto è stata inclusa nel libro “Clima e Cambiamenti
Climatici” del CNR.
Distinti Saluti
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Il sequestro mineralogico in Italia - IGG-CNR
Atti di congressi nazionali e internazionali e pubblicazioni su volumi
Boschi C., Dallai L., Dini A., Gianelli G., and Ruggieri G., (2007). Carbonated serpentinites in Tuscany
(Italy): a geological analogue to carbon dioxide sequestration. Geophysical Research Abstracts,
9, 07696.
Ruggieri G., Boschi C., Dallai L., Dini A., and Gianelli G., (2007). The carbonated serpentinites in
Tuscany (Italy): a geological analogue of carbon dioxide sequestration. Abstract 1627,
GeoItalia2007.
Boschi C., Dallai L., Ruggieri G., Dini A., Gianelli G., (2007). CO2 mineralogical sequestration: new
insights from the Tuscan megnesite deposits. International School of Geophysics: 30 th Course,
CO2 Capture & Storage: Towards a UK-Italy Common Strategy within a Global Framework, Erice
(Italy), 1-7 novembre 2007.
Dallai L., Boschi C., Dini A., Ruggieri G., Gherardi F., Biagi S., Geloni C., Gianelli G., Guidi M., (2007).
Possibili metodi di sequestro di gas serra in Italia. In: Clima e Cambiamenti climatici: le attività di
ricerca del CNR, a cura di: B. Carli, G. Cavarretta, M. Colacino, S. Fuzzi, CNR, 831 - 834.
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