Experimental and Computational Insights into the Nanomechanical Characterization of Ultramafic Rocks for Geologic Hydrogen Production and Storage
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Hydrogen is a clean and sustainable energy that holds significant promise in the global transition towards renewable energy sources. An emerging intriguing technology for clean hydrogen generation lies in the utilization of geologic ultramafic rocks through serpentinization reaction. This subsurface process can have a profound impact on the rock mechanical behavior and its structural attributes at the nanoscale which can control rock micro-mechanical behavior, and hence inform the macro-mechanical behavior of ultramafic rock at field scale. However, this knowledge is limited in geologic hydrogen to understand the pore-scale mechanical and microstructural changes. This study presents the first pore-scale thermo–hydro–chemo-mechanical characterization and analysis of ultramafic rocks to understand the nanomechanical and microstructural alterations due to serpentinization and potential geologic hydrogen generation via coupled experimental and numerical methods, and further assess the potential for hydrogen storage in ultramafic rocks. Nanoindenter and scanning electron microscope (SEM) were used to assess the nanoscale Young’s modulus (E), hardness (H), and fracture toughness (K C ) of the rock specimens in addition to microstructural changes. Furthermore, a lab-scale numerical model was developed, and numerical results were validated against the experimental results on the modified nanomechanical properties and microstructure, confirming the proposed approach can be used to predict mechanical response of ultramafic rock at the nanoscale. The results indicate that after the serpentinization reaction, there is significant increase in nano-scale mean hardness (+ 19% to + 32% H), stiffness (+ 31% to + 191% E), and fracture toughness (+ 22% to + 40% K C ) of the ultramafic rock specimens. The numerically homogenized elastic moduli before and after serpentinization are consistent with the experimentally observed nanomechanical alterations in the rock specimens. Further, serpentinization of ultramafic rock can lead to the transformation of olivine and pyroxene minerals into serpentine and magnetite which is indicative of hydrogen liberation. In addition, the serpentinization period can influence the rate of nanomechanical alteration and potential hydrogen generation in ultramafic rocks with comparative changes after 4 h vs. 9 h in stiffness (+ 31% vs. 191%), hardness (+ 19% vs. + 32%), and fracture toughness (+ 22% vs. + 40%). The findings in this work provide new insights that can stimulate future investigations into the mechanical response of serpentinized rocks at multiscale to advance geologic hydrogen production and/or storage in ultramafic rocks.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».