Il rapporto documenta le attività di modellazione numerica geomeccanica effettuate per la valutazione della sicurezza strutturale dei siti destinati allo stoccaggio del diossido di carbonio. Le simulazioni geomeccaniche effettuate nelle precedenti fasi della ricerca hanno confermato l’importanza decisiva della scelta di alcuni parametri rappresentativi del comportamento fisico dei materiali, in particolare la rigidezza e la permeabilità, anche rispetto alla risposta meccanico – deformativa dei siti analizzati. Per approfondire e quantificare l’effetto delle più importanti caratteristiche fisico – meccaniche dei materiali sul comportamento di un sito di stoccaggio sono stati condotti alcuni studi di sensitività. Le analisi sono state eseguite sul caso test “Alto Adriatico” (rappresentativo di un possibile sito di stoccaggio nel Bacino dell’Adriatico Settentrionale già utilizzato per le analisi effettuate nelle attività del 2009), considerando l’effetto della variazione del modulo elastico (calcolato utilizzando le correlazioni sperimentali pubblicate dall’università di Padova e considerato rispettivamente: uniforme per strato di materiale e costante nel tempo, variabile con la profondità e costante nel tempo, variabile con la profondità e dipendente dalla variazione dello sforzo), dello spessore del caprock, della profondità dell’acquifero, e delle condizioni fluidodinamiche imposte sui contorni laterali del dominio di calcolo. Sono state indagate, in ambito fluidodinamico, situazioni in cui per effetto dell’iniezione della CO2 si verifica anche una variazione della temperatura rispetto alla situazione iniziale. Poiché una variazione di temperatura produce una deformazione sul continuo (dilatazione termica non associata a stato tensionale), in presenza di un transitorio termico può essere importante tenere conto anche nel modello geomeccanico degli effetti indotti dalla variazione della temperatura. A questo scopo sono state effettuate delle modifiche al codice utilizzato per le analisi geomeccaniche (CANT-SD) in modo da poter acquisire e utilizzare i dati di temperatura provenienti dall’analisi fluidodinamica. Le modifiche sono state testate sul caso test “Alto Adriatico”. La variazione di pressione indotta dall’iniezione della CO2 in formazioni geologiche profonde potrebbe causare l’attivazione di eventuali faglie preesistenti in conseguenza della perturbazione dello stato tensionale. L’attivazione delle faglie, oltre a costituire una possibile via di fuga per il gas iniettato, può causare ulteriori perturbazioni dello stato tensionale, avere un impatto sulle deformazioni in superficie, ed eventualmente innescare fenomeni di micro – sismicità. Per questi motivi lo studio della meccanica delle faglie è di fondamentale importanza nello studio del comportamento geomeccanico dei siti per il sequestro geologico della CO2. Per affrontare questa problematica è stato necessario sviluppare ulteriormente gli Elementi Giunto, già presenti nel codice CANT-SD, per soddisfare le specifiche esigenze del problema geomeccanico considerato. Sono quindi state condotte alcune simulazioni su un caso test appositamente ideato per verificare l’efficacia degli strumenti numerici messi a punto per lo studio dei problemi con faglia. Si è utilizzato lo stesso dominio di calcolo del caso test “Alto Adriatico” introducendo una faglia verticale in posizione tale da potere essere interessata dagli effetti delle sovrappressioni e si è valutato il comportamento (lineare e non) del piano di faglia con il procedere dell’iniezione. Lo scopo delle analisi è stato quello di valutare il comportamento della faglia in condizioni di criticità, cioè in quei casi in cui la variazione della pressione, indotta dall’iniezione della CO2, comporti effettivamente una perturbazione dello stato di sforzo, tale da interessare la faglia fino a provocarne la riattivazione (con conseguente apertura e/o scorrimento). Per questo motivo è stata definita una serie di analisi in cui la sovrappressione è stata amplificata a livelli fino a 100 volte maggiori di quelli rappresentativi di un reale caso di sequestro geologico. L’esperienza degli studi condotti nelle precedenti fasi della ricerca ha fatto emergere l’esigenza di disporre di uno strumento di calcolo in grado di risolvere problemi con elevato numero di elementi, necessari per descrivere con sufficiente accuratezza i siti di stoccaggio della CO2. Per questo motivo nel codice di calcolo CANT-SD è stata inserita la possibilità di utilizzare un solutore iterativo, maggiormente adatto, rispetto a quello frontale già disponibile, per risolvere problemi con elevato numero di gradi di libertà. È stata individuata la libreria di solutori open source Aztec00 del pacchetto Trilinos sviluppata da Sandia National Laboratories. L’adozione della libreria di solutori individuati ha richiesto un notevole impegno lavorativo per la parte “informatica” di integrazione in CANT-SD: è stato necessario modificare alcune subroutine già esistenti e aggiungerne nuove. La libreria mette a disposizione diversi algoritmi di soluzione indicati per

diverse tipologie di problemi: in particolare si sono individuati l’algoritmo CG (Conjugate Gradient) per la soluzione di problemi con matrice simmetrica definita positiva e GMRES (Generalized Minimal RESidual) per la soluzione di problemi non simmetrici. È stata effettuata una estesa sperimentazione numerica utilizzando come casi test alcune delle analisi geomeccaniche di sequestro geologico della CO2, sia su casi caratterizzati da dimensioni già significative della mesh (circa 100000 nodi), sia su un caso test di notevoli dimensioni (più di 500000 nodi). I test effettuati hanno permesso di acquisire familiarità con il nuovo algoritmo di calcolo, risultato computazionalmente molto più conveniente del solutore frontale e perfettamente in grado di fornire risultati di ottima precisione, confrontabili con quelli ottenuti con il solutore diretto. Peraltro l’adozione del solutore iterativo diventa necessaria in quei casi in cui le dimensioni della mesh (e la non linearità del problema) rendono esageratamente oneroso, o addirittura impossibile l’uso del solutore frontale. Sono state eseguite simulazioni geomeccaniche su due siti reali, selezionati sul territorio nazionale e reputati idonei allo stoccaggio della CO2: l’offshore di Porto Recanati e l’onshore di Malossa. Le analisi hanno permesso di studiare gli effetti meccanici delle variazioni di pressione causate dall’iniezione della CO2 attraverso la valutazione dello stato di sforzo in sito e l’entità degli spostamenti verticali in superficie e hanno anche consentito di verificare l’integrità strutturale e quindi la sicurezza del sito indagato. Le analisi geomeccaniche hanno mostrato che dal punto di vista strutturale i siti indagati sono potenzialmente idonei per lo stoccaggio geologico della CO2. Le operazioni simulate, ovvero l’iniezione per 30 anni di CO2, con portata costante di 1.0 Mton/anno nel caso di Porto Recanati e di 0.3 Mton/anno nel caso di Malossa, sono risultate ampiamente compatibili con la sicurezza strutturale dei siti.