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

Forschungsschwerpunkt am IWS LH2

Die Speicherung von CO2 im Untergrund als eine Möglichkeit zur Verringerung der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre ist derzeit ein hochaktuelles Forschungsthema, sowohl national (gefördert z.B. durch das BMB+F und die DFG im Rahmen des Programms GEOTECHNOLOGIEN (www.geotechnologien.de)) als auch international. Der Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung (LH2) beteiligt sich an dieser Forschung mit mehreren Projekten, derzeit vorwiegend im Rahmen von GEOTECHNOLOGIEN.

Der Schwerpunkt vergangener Arbeiten am LH2 lag zunächst im Rahmen des von der DFG 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 gegenseitigen Mischbarkeiten im Mehrphasen-Mehrkomponenten-System. Die Implementierung dieser Ansätze erfolgte zunächst in dem am 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.

Seit 2008 werden die in diesem Forschungsschwerpunkt entwickelten Modelle und numerische Algorithmen nach und nach im Rahmen des von den gleichen Gruppen entwickelten Programmpakets DuMux implementiert und weiterentwickelt. Die Anwendung der oben genannten Modellkonzepte ist von großer Bedeutung, um Fragestellungen bezüglich Machbarkeit, Risiken, Speicherkapazitäten, Sensitivitäten etc. untersuchen zu können. Dies erfolgt z.B. im Rahmen des von der EU finanzierten und vom Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ) koordinierten Projekts CO2SINK. Die Arbeiten des LH2 im Rahmen dieses Projekts befassen sich darüber hinaus mit der Beschreibung großskaliger komplexer Geometrien sowie deren Vernetzung mit leistungsfähigkeiten Netzgeneratoren.

Die Entwicklung von Modellkonzepten zur Simulation von Prozessen bei der CO2-Sequestrierung ist noch ein relativ neues Forschungsthema. Daher ergibt sich insbesondere aus Sicht der Modellentwickler ein großer Bedarf die entwickelten Modelle hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Genauigkeit zu testen. Arbeiten hierzu wurden im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN Projekts BENCHMARKS durchgeführt. Die problem-spezifischen Benchmarks sollen einerseits das Verständnis der in den geologischen Formationen ablaufenden Prozesse verbessern und gleichzeitig eine Vergleichsbasis für Modellierer und Modellentwickler darstellen.

Weitere Arbeiten auf dem Gebiet der CO2 Speicherung im Untergrund beschäftigen sich mit der zeitlichen und räumlichen Kopplung von Modellen unterschiedlicher Komplexität (im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN Projekts CO2-MoPa) sowie mit Risikobewertung und Sensitivitätsstudien anhand konkreter standortbezogener Fallstudien (geplant im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN Projekts COAST, Projektstart - Stand Januar 2009 - derzeit noch nicht sicher). Ebenfalls Bezug zu diesem Forschungsschwerpunkt hat die Arbeit Modellierung der Entwicklung von Biofilmen und deren Einfluss auf den CO2- und Wasserfluss in porösen Medien, die im Rahmen eines NUPUS-Stipendiums durchgeführt wird. Hier geht es darum, dass mit Hilfe von Biofilmen evtl. auftretende Undichtigkeiten in den Deckschichten abgedichtet werden können.

Am Forschungsschwerpunkt beteiligte Wissenschaftler:

 

 

Zugeordnete Forschungsprojekte

Beschreibung Titel
Laufzeit: 02.04.2008 bis 04.04.2008
Abteilung: LH2
Workshop on Numerical Models for Carbon Dioxide Storage in Geological Formations
Laufzeit: 19.12.2007 bis 01.08.2008
Abteilung: LH2
Project: CO2 Community Grid
Laufzeit: 01.01.2009 bis 31.12.2011
Abteilung: LH2
Probabilistische Risikoanalyse für CO2-Speicherung mit Hilfe massiver stochastischer Modellreduktion
Laufzeit: 01.10.2012 bis 30.09.2015
Abteilung: LH2
Numerische Untersuchungen von Strömung und gekoppelten bio-geochemischen Prozessen während und nach Speicherung von CO2 im Untergrund
Laufzeit: 01.04.2005 bis 31.03.2008
Abteilung: LH2
Numerische Untersuchung zur CO2 Sequestrierung in geologischen Formationen - problemorientierte Benchmarks
Laufzeit: 01.11.2005 bis 30.04.2007
Abteilung: LH2
Numerische Modellierung der CO2 Sequestrierung in nicht-abbaubaren Kohleflözen - CO2-TRAP
Laufzeit: 01.04.2008 bis 31.12.2011
Abteilung: LH2
Modellierung und Parametrisierung von CO2-Speicherung in tiefen, salinaren Speichergesteinen für Dimensionierungs- und Risikoanalysen (CO2-MoPa)
Laufzeit: 01.01.2007 bis 31.05.2011
Abteilung: LH2
Modellierung der Entwicklung von Biofilmen und deren Einfluss auf den CO2- und Wasserfluss in porösen Medien
Laufzeit: 01.09.2011 bis 31.08.2014
Abteilung: LH2
Mehrstufige und regionale Charakterisierung potentieller CO2-Speicherformationen unter besonderer Berücksichtigung von Soleaufstiegsrisiken - ein integrierter natur- und sozialwissenschaftlicher Ansatz
Laufzeit: 01.01.2010 bis 31.12.2012
Abteilung: LH2
Großskalige numerische Simulationen der Prozesse während der Speicherung von CO2 in geologischen Formationen
Laufzeit: 01.10.2017 bis 30.09.2020
Abteilung: LH2
Erweiterung von Modellkonzepten für technisch kontrollierte Calciumcarbonatausfällung unter besonderer Berücksichtigung mehrerer antreibender Prozesse, des Temperatureinflusses und der Zweiphasenströmung
Laufzeit: 01.03.2004 bis 31.12.2005
Abteilung: LH2
Entwicklung physikalisch-mathematischer Modellansätze für die Simulation von CO2-Injektion in geologische Formationen
Laufzeit: 01.05.2011 bis 30.04.2014
Abteilung: LH2
ECO2 - CO2 Speicherung unter dem Meeresboden: Auswirkungen auf marine Ökosysteme
Laufzeit: 01.04.2004 bis 28.10.2010
Abteilung: LH2
CO2SINK-In-situ R&D Laboratory for Geological Storage of CO2
WP 6.1: Dynamic Flow Modeling
Laufzeit: 01.09.2010 bis 31.08.2013
Abteilung: LH2
CO2MAN, CO2-Reservoirmanagement am Pilotstandort Ketzin. Themenfeld 4: Modellierung und Simulation. Teilprojekt 2: Reservoirsimulation und Visualisierung
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