Angewandte Geowissenschaften - Aquatische Geochemie und Hydrogeologie

Experimentelle Untersuchung von Gasintrusionen in oberflächennahe Aquifere

Im Rahmen der Energie- und Massenspeicherung im Untergrund können u.a. die Gase Druckluft, Methan, Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in geologischen Formationen gesprichert werden. Kommt es zu einem Störfall bei der Gasspeicherung oder gelangen die Gase in den Bereich von geologischen Störungen oder Klüften als nicht-bestimmungsgemäßer Betrieb des Gasspeichers, können diese Gase in oberflächennahe Aquifere intrudieren und dort u.a. geochemische Prozesse ablaufen lassen. Im Rahmen eines vorsorgenden Kenntnisgewinns sollte diese Prozesse grundsätzlich bekannt sein, bevor eine geologische Gas-Speicherung durchgeführt wird.

Gasphasen in oberflächennahen Aquiferen ermöglichen die sukzessive Lösung des Gases im Grundwasser. Näherungsweise kann zunächst mit einer linearen Zunahme der Gaslöslichkeit mit der Tiefe ausgegangen werden. Bei Annahme der Bildung einer Gasphase in einer Teufe von 400 m kann sich die Konzentration gelöster, idealer Gase zu 40-mal größeren Gehalten als unter atmosphärischen Druckbedingungen entwickeln. Diesen Umstand adäquat in Laborversuchen abzubilden, erforderte die Entwicklung eines Versuchsstandes, der imstande war, Prozesse bei hydrostatischen Drücken von mindestens 40 bar zu untersuchen. Relevant für Auswirkungsprognosen sind insbesondere die Raten der auftretenden Prozesse; ein besonderer Einfluss auf die bestimmten Reaktionsraten ist dabei durch den gewählten Versuchsaufbau gegeben. Besonders zu unterscheiden sind hier die Ergebnisse aus Schüttelversuchen auf der einen und durchströmten Säulenversuchen auf der anderen Seite. Durchströmte Säulenversuche versuchen, das natürliche Fließregime sowie des Feststoff-Lösungsverhältnisse im Untergrund nachzubilden und bei der Bestimmung der Reaktionskinetiken realitätsnah zu berücksichtigen; sie sind jedoch deutlich komplexer in ihrer Durchführung, insbesondere bei der Anforderung, hydrostatische Drücke von mehreren zehner Bar zu ermöglichen.

Untersuchungsergebnisse zu spezifischen Fragestellungen dieses Themas sind hier veröffentlicht.