Моделирование воздействия бактерий на концентрацию метана при подземном хранении водорода
83 49
Ключевые слова:
пористая среда, водород, бактерия, нейстон, хемотаксис, динамика популяций, осцилляцияАннотация
Проблема подземного хранения газовой смеси водорода состоит в том, что в отличие от природного газа, водородная газовая смесь претерпевает химические изменения в процессе хранения, тем самым концентрация водорода и углекислого газа понижается, а концентрация метана растет. Было установлено, что эти изменения происходят из-за активности популяции метаногенных бактерий, обитающих в пласте. Эта химическая активность, вызываемая деятельностью бактерий, а также течение газа и воды в пласте вызывает явление самоорганизации такое, как появление автоволновых пространственных структур, динамика которых характеризуется множеством различных сценариев, в том числе возникновение хаоса и переход с одного сценария на другой. В настоящем работе предлагается разработать качественную теорию сценариев самоорганизации в подземных хранилищах водорода в зависимости от внешних и внутренних параметров. Разработка теории и компьютерных моделей переноса в подземном хранилище водорода будет строиться на базе связки теории многофазных композиционных течений в пористых средах с моделью динамики популяций бактерий, которая будет основана на механизме хемотаксиса (внутренний химический механизм, благодаря которому бактерии обладают способностью детектировать наличие питательных веществ на расстоянии и двигаться в этом направлении).Библиографические ссылки
[1] 1. Andrews J, Shabani B. Re-envisioning the role of hydrogen in a sustainable energy economy.International Journal of Hydrogen Energy. 2012, 37(2): P 1184–203.
[2] 2. Simbeck D.R. CO2 capture and storage—the essential bridge to the hydrogen economy. Energy 29, 1633–1641 (2004)
[3] 3. Zittel W, Wurster R. Hydrogen in the energy sector. Laudwig-Bolkow Systemtechnik GmbH, 7, Aug., 1996.
[4] 4. Taylor, J.B., Alderson, J.E.A.,Kalyanam, K.M., Lyle, A.B., Phillips, L.A. Technical and economic assessment of methods
for the storage of large quantities of hydrogen. Int. J. Hydrog. Energy 11(1), 5–22 (1986)
[5] 5. Bulatov G.G. Underground storage of hydrogen. Ph.D. Thesis, Moscow Gubkin Oil and Gas University, 1979 (in Russian).
[6] 6. Carden P.O.,Paterson L. Physical, chemical and energy aspects of underground hydrogen storage. International Journal
of Hydrogen Energy, 4, Issue 6, 1979: P 559-569.
[7] 7. Buzek F., Onderka V., Vancura P., Wolf I. Carbon isotope study of methane production in a town gas storage reservoir.
Fuel 73(5), 1994: 747–752.
[8] 8. Smigai P., Greksak M., Kozankova J., Buzek F., Onderka V., Wolf I. Methanogenic bacteria as a key factor involved in
changes of town gas in an underground reservoir. FEMS Microbiol. Ecol. 73, 1990: P 221–224.
[9] 9. Panfilov M.,Gravier G., Fillacier S. Underground storage of H2 and H2-CO2-CH4 mixtures. In: Proc. ECMOR-X: 10th
European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, 4-7 September 2006 Amsterdam, the Netherlands, Ed. EAGE, 2006, paper A003.
[10] 10. Panfilov M. Undeground storage of hydrogen: self-organisation and methane generation. Transport in Porous Media, 85, 2010: P 841 - 865.
[11] 11. Toleukhanov A., Panfilov M., Panfilova I., Kaltayev A. Bio-reactive two-phase transport and population dynamics in
underground storage of hydrogen: natural self-organisation. In: Proc. ECMOR-XIII: 13th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, 10-13 September 2012 Biarritz, France, Ed. EAGE, 2012, paper B09.
[12] 12. Turing A.M. The chemical basis of morphogenesis. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser B, B 237, 1952: 37 - 72.
[13] 13. Merkin, J.H, Needham, D.J, Scott, S.K. On the creation, growth and extinction of oscillatory solutions for a simple pooled
chemical reaction scheme. SIAM J. Appl. Math 47, 1040-1060 (1987)
[14] 14. Schnakenberg J. Simple chemical reaction systems with limit cycle behaviour. J. Theor. Biol. 81(3), 389-400 (1979)
[2] 2. Simbeck D.R. CO2 capture and storage—the essential bridge to the hydrogen economy. Energy 29, 1633–1641 (2004)
[3] 3. Zittel W, Wurster R. Hydrogen in the energy sector. Laudwig-Bolkow Systemtechnik GmbH, 7, Aug., 1996.
[4] 4. Taylor, J.B., Alderson, J.E.A.,Kalyanam, K.M., Lyle, A.B., Phillips, L.A. Technical and economic assessment of methods
for the storage of large quantities of hydrogen. Int. J. Hydrog. Energy 11(1), 5–22 (1986)
[5] 5. Bulatov G.G. Underground storage of hydrogen. Ph.D. Thesis, Moscow Gubkin Oil and Gas University, 1979 (in Russian).
[6] 6. Carden P.O.,Paterson L. Physical, chemical and energy aspects of underground hydrogen storage. International Journal
of Hydrogen Energy, 4, Issue 6, 1979: P 559-569.
[7] 7. Buzek F., Onderka V., Vancura P., Wolf I. Carbon isotope study of methane production in a town gas storage reservoir.
Fuel 73(5), 1994: 747–752.
[8] 8. Smigai P., Greksak M., Kozankova J., Buzek F., Onderka V., Wolf I. Methanogenic bacteria as a key factor involved in
changes of town gas in an underground reservoir. FEMS Microbiol. Ecol. 73, 1990: P 221–224.
[9] 9. Panfilov M.,Gravier G., Fillacier S. Underground storage of H2 and H2-CO2-CH4 mixtures. In: Proc. ECMOR-X: 10th
European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, 4-7 September 2006 Amsterdam, the Netherlands, Ed. EAGE, 2006, paper A003.
[10] 10. Panfilov M. Undeground storage of hydrogen: self-organisation and methane generation. Transport in Porous Media, 85, 2010: P 841 - 865.
[11] 11. Toleukhanov A., Panfilov M., Panfilova I., Kaltayev A. Bio-reactive two-phase transport and population dynamics in
underground storage of hydrogen: natural self-organisation. In: Proc. ECMOR-XIII: 13th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, 10-13 September 2012 Biarritz, France, Ed. EAGE, 2012, paper B09.
[12] 12. Turing A.M. The chemical basis of morphogenesis. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser B, B 237, 1952: 37 - 72.
[13] 13. Merkin, J.H, Needham, D.J, Scott, S.K. On the creation, growth and extinction of oscillatory solutions for a simple pooled
chemical reaction scheme. SIAM J. Appl. Math 47, 1040-1060 (1987)
[14] 14. Schnakenberg J. Simple chemical reaction systems with limit cycle behaviour. J. Theor. Biol. 81(3), 389-400 (1979)
Загрузки
Как цитировать
Toleukhanov, A., Panfilov, M., & Kaltayev А. (2015). Моделирование воздействия бактерий на концентрацию метана при подземном хранении водорода. Вестник КазНУ. Серия математика, механика, информатика, 85(2). извлечено от https://bm.kaznu.kz/index.php/kaznu/article/view/288
Выпуск
Раздел
Механика
