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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung: Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung

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Forschungsschwerpunkt:
Modellierung der Mehrphasen-Mehrkomponenten-Prozesse bei der Sequestrierung von CO2 im Untergrund

Zusammenfassung:

Die Speicherung von CO2 im Untergrund als eine Möglichkeit zur Verringerung der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre ist in jüngster Zeit zu einem hochaktuellen Forschungsthema geworden. Der Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung (LH2) beteiligt sich an dieser Forschung mit mehreren Projekten, die von der DFG, dem BMB+F sowie der EU finanziert werden.

Der Schwerpunkt der Arbeiten am LH2 liegt zunächst im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierten Projekts Entwicklung physikalisch-mathematischer Modellansätze für die Simulation von CO2-Injektion in geologische Formationen auf der Entwicklung von Modellkonzepten, die die zugrundeliegenden Prozesse in ihrer zum Teil großen Komplexität abbilden können. Wesentlich sind dabei die mathematische und numerische Umsetzung thermodynamischer Vorgänge wie Dichte- und Viskositätsänderungen in Abhängigkeit von Druck, Temperatur, Konzentrationen, etc, außerdem die Beschreibung von Löslichkeiten und gegenseitiger Mischbarkeiten im Mehrphasen-Mehrkomponenten-System. Die Implementierung dieser Ansätze erfolgt in dem Lehrstuhl gemeinsam mit der Universität Heidelberg entwickelten numerischen Programmsystem MUFTE-UG, welches aufgrund seiner großen numerischen Leistungsfähigkeit auch zur Berechnung großskaliger Modellprobleme verwendet werden kann.

Die Anwendung der im oben genannten Projekt entwickelten Modellkonzepte ist von großer Bedeutung, um Fragestellungen bezüglich Machbarkeit, Risiken, Speicherkapazitäten, Sensitivitäten etc. untersuchen zu können. Dies erfolgt im Rahmen des von der EU finanzierten und vom Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ) koordinierten Projekts CO2SINK, an welchem LH2 im Rahmen des Workpackages 6.1 Dynamic Flow Modeling beteiligt ist. Die Arbeiten des LH2 im Rahmen dieses Projekts befassen sich darüber hinaus mit der Beschreibung großskaliger komplexer Geometrien sowie deren Vernetzung mit leistungsfähigkeiten Netzgeneratoren. In diesem Bereich gibt es innerhalb des Lehrstuhls eine enge Verknüpfung mit den Arbeiten im von der Deutschen Montan Technologie GmbH (DMT) finanzierten Industrieprojekt 3D Modellierung von Methanmigrationsprozessen im Untergrund .

Die Entwicklung von Modellkonzepten zur Simulation von Prozessen bei der CO2-Sequestrierung ist noch ein sehr junges Forschungsthema. Daher ergibt sich insbesondere aus Sicht der Modellentwickler ein großer Bedarf die entwickelten Modelle hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Genauigkeit zu testen. Vom LH2 wurde daher beim BMB+F ein Forschungsantrag im Rahmen des gemeinsam mit der DFG aufgelegten GEOTECHNOLOGIEN-Programms gestellt, der inzwischen bewilligt wurde, und dessen Arbeiten sich mit der Entwicklung von problemorientierten Benchmarks befassen. Die Benchmarks sollen einerseits das Verständnis der in den geologischen Formationen ablaufenden Prozesse verbessern und gleichzeitig eine Vergleichsbasis für Modellierer und Modellentwickler darstellen.

Für die Implementierung der in diesem Forschungsschwerpunkt entwickelten diskreten Modelle / numerischen Algorithmen wird das Programmpaket DuMux eingesetzt und weiterentwickelt.


Zugeordnete Forschungsprojekte: