Angewandte Geowissenschaften - Aquatische Geochemie und Hydrogeologie

CO2-MOPA

Modellierung und Parametrisierung von CO2-Speicherung in tiefen, salinen Speichergesteinen für Dimensionierungs- und Risikoanalysen

Für die Akzeptanz neuer Technologien, wie z.B. der Speicherung von CO2 in tiefen geologischen Formationen (CCS), ist eine fundierte Gefährdungsabschätzung und Risikoanalyse unerlässlich. Dazu sind u. A. Monitoringstrategien und Konzepte während und nach einer Injektion sowohl für den Regelfall als auch zur Erkennung möglicher Leckagen notwendig. Das Testen und Bewerten solcher Strategien ist dabei an bestehenden Standorten schwierig, da immer nur eine unzureichende Kenntnis der Parameter, insbesondere der räumlich verteilten geologischen Parameter, sowie der tatsächlich ablaufenden Prozesse besteht. Ein Testen der entsprechenden Methoden kann aber anhand synthetischer numerischer Modellstudien vorgenommen werden, da in diesen Fällen die Parametrisierung und die ablaufenden Prozesse exakt bekannt sind. Der Modellierung und numerischen Simulation von Injektion und Ausbreitung des CO2 im geologischen Untergrund kommt dabei eine entscheidende Bedeutung für das Verständnis der dabei auf unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen ablaufenden physiko- chemischen Prozesse sowie für die Beurteilung von Effizienz und Sicherheit der ausgewählten Speicher zu. Zur Durchführung dieser Simulationen sind sowohl die entsprechenden Simulationsprogramme als auch die Parametrisierung notwendig.

Im Rahmen des Projektes wurde daher die Parametrisierung als auch numerische Simulation der ablaufenden gekoppelten thermo-hydro-mechanisch-chemischen Prozesse im Reservoir betrachtet. Die Parametrisierung von räumlichen geologischen Strukturen wurde am Beispiel Schleswig-Holsteins untersucht. Zur Parametrisierung wurden umfassend Daten und Literatur zu allen notwendigen Parametern ausgewertet und insbesondere Bedingungen für eine konsistente geochemische Parametrisierung untersucht. Anhand von im Projekt durchgeführten Versuchen wurden geomechanische Prozesse als auch kinetische Minerallösung experimentell quantifiziert. Zur numerischen Simulation der CO2-Speicherung wurde ein Modellinstrumentarium entwickelt, dass die ablaufenden Prozesse abbilden kann. Hierzu wurden die entsprechenden Prozesskopplungen implementiert und ihre Auswirkung quantifiziert. Die bei einer CO2-Speicherung zu erwartenden Effekte wurden sowohl durch ein hydraulisches Monitoring als auch ein geophysikalisches Monitoring anhand von synthetischen Seismik-, Geoelektrik- und Schweremessungen ausgewertet. Anhand eines virtuellen Standortes wurde schließlich der gesamte Ablauf von der geologische- geometrischen Parametrisierung, der Prozessparametrisierung und der numerischen Simulation mit anschließender Auswertung der auftretenden Effekte sowie der Strategien zu deren Monitoring durchgeführt und somit dessen Anwendung demonstriert.

Laufzeit:

  • 04/2008 - 03/2011

Projektpartner:

  • Institut für Geowissenschaften, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
  • Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung UFZ
  • Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart
  • Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume des Landes Schleswig-Holstein

Förderung:

Das Projekt CO2-MoPa wurde gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), EnBW Energie Baden-Württemberg AG, E.ON Energie AG, E.ON Gas Storage AG, RWE Dea AG, Vattenfall Europe Technology Research GmbH, Wintershall Holding AG and Stadtwerke Kiel AG im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN Programms.