Pore-scale evaluation of hydrogen storage and recovery in basaltic formations
Notice bibliographique
Résumé
Underground hydrogen storage (UHS) in basaltic rocks offers a scalable solution for large-scale sustainable energy needs, yet its efficiency is limited by poorly constrained pore-scale hysteresis during cyclic hydrogen-brine flow. While basaltic rocks have been extensively studied for carbon sequestration and critical mineral extraction, the pore-scale physics governing cyclic hydrogen-brine interactions, particularly the roles of snap-off, wettability, and hysteresis, remain inadequately understood. This knowledge gap hinders the development of predictive models and optimization strategies for UHS performance. This study presents a pore-scale investigations of cyclic hydrogen-brine flow in basaltic formations, combining micro-computed tomography imaging with pore network modelling. A systematic workflow is employed to evaluate the effects of repeated drainage-imbibition cycles on multiphase flow properties under varying wetting regimes, with emphasis on hysteresis evolution and its influence on recoverable hydrogen. Model validation is achieved through a novel benchmarking approach that incorporates synthetic fractures and morphological scaling, enabling calibration against experimental capillary pressure and relative permeability. Results show that hydrogen trapping is primarily governed by snap-off and pore-body isolation, particularly within large, angular pores exhibiting high aspect ratios and limited connectivity. Strong hysteresis is observed between drainage and imbibition, with hydrogen saturations averaging 85%, predominantly in larger pore spaces, compared to a residual saturation of 61% following imbibition. Repeated cycling leads to a gradual increase in residual saturation, which eventually stabilizes, indicating the onset of a hysteresis equilibrium state. Wettability emerges as a critical second-order control on displacement dynamics. Shifting from strongly to weakly water-wet conditions reduces capillary entry pressures, enhances brine re-invasion, and increases hydrogen recovery efficiency by ∼ 6%. These findings offer mechanistic insights into capillary trapping and wettability effects, providing a framework for optimizing UHS reactive and abundant, yet underutilized, basalt formations, and supporting ongoing global decarbonization efforts through reliable subsurface hydrogen storage. • Coupled quasi-static pore-network modelling with micro-CT imaging to simulate H 2 –brine flow in basalt pore networks. • Basaltic reserviors show potential for secure H 2 storage. • Snap-off and pore-body isolation govern hydrogen trapping in large pores with high aspect ratios. • Hysteresis equilibrium emerges after repeated drainage—imbibition cycles with residual H 2 saturation stabilizing by the fifth cycle. • Wettability alteration from a strongly to weakly water-wet regime reduces residual H 2 saturation from 0.60 to 0.55, boosting overall recovery efficiency by 6%.
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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 | 0,000 |
| 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 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».