《Journal of Energy Storage》：The effect of salt type and surface chemistry on wetting properties of hydrogen-brine-calcite system
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本文通过分子动力学模拟研究不同盐溶液（NaCl和KCl）及表面电荷对方解石（[1014]和[001]）上氢气润湿性的影响，揭示了表面化学和盐浓度是主导因素，盐类型影响较小，并探讨了氢分布与润湿性的关联。
雅萨曼·哈吉哈特奈贾德（Yasaman Haghighatnejad）|哈桑·马哈尼（Hassan Mahani）|纳希德·普尔·基亚巴尼（Nahid Pour Khiabani）|沙哈布·阿亚图拉希（Shahab Ayatollahi）|穆罕默德·阿明·埃斯迈尔贝格（Mohammad Amin Esmaeilbeig）
伊朗沙里夫科技大学（Sharif University of Technology）化学与石油工程系
摘要
地下氢储存（UHS）是实现能源可持续性的一个有前景的解决方案，其中润湿性决定了氢的保持和回收效果。然而，关于氢-盐水-方解石系统的已发表数据仍然很少。润湿性取决于方解石-盐水、方解石-氢以及氢-盐水界面能量的平衡。为了解决这个问题，分子动力学模拟研究了盐水成分和方解石表面电荷对氢润湿的影响。分析了三种方解石表面：[101]平面、带正电的[001]平面和带负电的[001]平面。模拟在373 K和25 MPa的压力下进行，使用了0、0.1和1 M浓度的NaCl和KCl盐水。结果表明，表面化学性质和盐水盐度在氢-盐水-方解石系统中起主导作用，而阳离子类型的影响较小。除了0.1 M KCl的情况外，[101]平面和带正电的[001]平面都表现出强烈的亲水性，接触角分别为20°。带负电的[001]表面显示出更大的亲氢性，其接触角随盐度变化呈现非单调趋势（纯水中为85°，0.1 M NaCl/KCl中为51°-45°，1 M时为72°）。氢的分布随盐度和盐类类型而变化，在低盐度下氢距离方解石表面约4 ?，在高盐度下距离进一步增大。在浓盐水中，NaCl使氢距离固体表面约7 ?，而KCl则使其距离约12 ?。可以预见，氢与固体表面的接近程度在潜在的化学反应和改变表面润湿性方面起着关键作用，这需要进一步的研究。这些见解对于在富含方解石的地层中准确评估地下氢储存的润湿状态至关重要。
引言
开发大规模气体储存技术已被提出，以减轻全球变暖的负面影响并加速能源转型[1]、[2]。地下氢储存（UHS）是实现净零碳排放和防止气候变化的一个有前景的解决方案。氢被认为是一种清洁能源载体，具有较高的比能量。尽管如此，其在标准条件下的低密度给运输和储存带来了障碍[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。因此，大量的氢可能需要定期储存在地下地质构造中[3]。UHS的可行性在很大程度上取决于多种性质，包括岩石-流体和流体-流体之间的相互作用、流体密度、气体溶解度和扩散性、表面吸附以及矿物表面的润湿性[6]、[7]。
岩石-氢-水系统的润湿性是一个重要参数，因为它显著影响氢在储层岩石中的流动动态及其通过非储层岩石的潜在泄漏[8]。各种条件，包括温度、压力、盐度、酸度和气体组成，都会显著影响这些性质[6]、[9]、[10]、[11]、[12]。此外，地下水中普遍存在的水也会影响多孔介质中的氢流动。因此，理解、量化并控制气体-岩石-水相互作用中的任何变化对于确保实际储存至关重要。接触角是一个传统的衡量指标，它反映了三相系统中界面相互作用的平衡[9]、[13]、[14]、[15]。根据杨氏方程（方程1），接触角（θ）由固体-流体（γsg）和流体-流体（γwg）界面相互作用的平衡决定：
