DFG-Projekt: Entwicklung physikalisch-mathematischer Modellansätze für die Simulation von CO2-Injektion in geologische Formationen

Die Veränderung des globalen Klimas und damit verbundene weitreichende Folgen für die Weltbevölkerung rückt zunehmend in das öffentliche, politische und wissenschaftliche Interesse. Diverse Möglichkeiten zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O) werden diskutiert. Die Injektion und Speicherung des wichtigsten Treibhausgases CO2 in tiefen geologischen Formationen (z.B. Aquifere, ausgebeutete Erdgas- und Erdölfelder) stellt dabei eine der Möglichkeiten dar, die zur Zeit ernsthaft diskutiert werden.

Für die Anwendung der Methode der CO2-Injektion und Speicherung in geologischen
Formationen stellen sich z.B. die folgenden wichtigen Fragen:

• Welche Probleme können beim Injektionsprozess des Kohlendioxids in die tiefgelegenen Formationen auftreten?
• Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, um eine langfristige CO2-Speicherung zu gewährleisten?
• Wie ist das Migrationsverhalten des CO2 im Untergrund in Abhängigkeit der geologischen Gegebenheiten?
• Welchen Einfluss haben Klüfte, Verwerfungen oder Tiefbohrungen auf die Speicherung des CO2?
• Wie groß ist die Speicherkapazität des Untergrundes für das CO2?

Um diese und viele weitere Fragen abschätzen und beantworten zu können, ist es zunächst notwendig, physikalisch-mathematische Modellkonzepte für die im Untergrund ablaufenden Prozesse zu erstellen. Dabei geht es vor allem um die folgenden Punkte:

• Erfassung der Fluideigenschaften von CO2
• Beschreibung der Eigenschaften des Mehrphasen-Mehrkomponenten-Systems (salzhaltiges) Wasser, CO2 beruhend auf der thermodynamischen Theorie
• Berücksichtigung der auftretenden Phasenzustände und Primärvariablen

Nach der Entwicklung des physikalisch-mathematischen Modellkonzeptes muss dieses in numerische Algorithmen umgesetzt werden. Es ist geplant, das Programm MUFTE_UG um die genannten Eigenschaften zu erweitern, um im Anschluss daran das Modellkonzept anhand von Simulationsrechnungen zu überprüfen.

Ein weiterer Schritt in diesem Projekt soll abschließend die Analyse und Bewertung physikalischer Einflussgrößen auf die Prozesse bei der CO2-Injektion und Speicherung in geologischen Formationen darstellen.

Class, Holger

Helmig, Rainer

Bielinski, Andreas

LH2

03/2004 - 12/2005

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)