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Forschung - Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung

Numerische Untersuchung zur CO2 Sequestrierung in geologischen Formationen - problemorientierte Benchmarks
Projektleiter:Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig
Stellvertreter:apl. Prof. Dr.-Ing. Holger Class
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dr.-Ing. Anozie Ebigbo
Projektdauer:1.4.2005 - 31.3.2008
Finanzierung:Das Projekt wird vom externer Link Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und von der externer Link Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des geowissenschaftlichen Forschungs- und Entwicklungsprogramm externer Link GEOTECHNOLOGIEN finanziert.
Projektpartner:
Kommentar:

Dieses Projekt gehört zum Forschungsschwerpunkt:
Modellierung der Mehrphasen-Mehrkomponenten-Prozesse bei der Sequestrierung von CO2 im Untergrund

Publikationen: Link

Zusammenfassung:

Auf den Klimakonferenzen in Kyoto, 1997, und Neu Delhi, 2002, wurde die Minimierung des Treibhauseffektes als ein ausdrückliches Ziel formuliert. Neben den Strategien, die Emissionen der Treibhausgase in die Atmosphäre zu reduzieren, welche natürlich die höchste Priorität genießen sollten, sind in der letzten Zeit Diskussionen über die Speicherung von CO2 in geologischen Formationen aufgetreten (CO2-Sequestrierung). Die Idee ist die Abtrennung des CO2 aus Abgasen und dessen Entsorgung im Untergrund, z.B. in tiefliegenden salzhaltigen Aquiferen, welche aufgrund ihrer Tiefe und des Salzgehalts keinen ökonomischen Wert besitzen. Erschöpfte Öl- und Gaslagerstätten sind ebenfalls potentielle Speicherorte für das CO2. Eine wirtschaftlich interessante Technologie könnte die CO2-Speicherung in nicht-abbaubaren Kohleflözen und die gleichzeitige Produktion von Methan (CH4) darstellen (Enhanced Coalbed Methane - ECBM).

Obwohl die Technologie für die Injektion von Fluiden in tiefliegende Schichten des Untergrunds schon seit Jahrzehnten existiert, sind noch immer wichtige Fragen zu klären, bevor eine großkalige Umsetzung möglich ist. Diese ungeklärten Fragen betreffen, unter anderem

  • die verfügbaren Speicherkapazitäten in den Grundwasserleitern, den Öl/Gasfeldern, oder den Kohleflözen,
  • die zu erwartenden CO2-Leckageraten aufgrund von natürlichen oder anthropogenen Störungszonen (Klüfte, stillgelegte Brunnen),
  • ein besseres Verständnis der physikalischen Speichermechanismen, wie das Zurückhalten der CO2-Phase z.B. in erschöpften Öl- und Gaslagerstätten aufgrund einer Barriere (free-phase trapping), die Immobilisierung in tiefliegenden salzhaltigen Aquiferen (hydrodynamic trapping), die Lösung des CO2 in den Formationswässern (solubility trapping), die adsorptive Immobilisierung in den Kohleflözen (adsorption trapping), etc.

Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Anwendung der in den letzten Jahren entwickelten numerischen und analytischen Konzepte, um verschiedene Probleme in Bezug auf die Sequestrierungsszenarien zu beschreiben. Dabei sind Vergleiche zwischen numerischen Studien und analytischen Analysen, sowie vergleichende Simulationen mit verschiedenen Codes unabdingbar,

  • [(i)] um das Verständnis der komplex miteinander gekoppelten Prozesse, welche in den Formationen stattfinden, zu verbessern und
  • [(ii)] um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Modelle zu untersuchen.

Benchmarks, welche typische Probleme in Bezug auf die CO2-Speicherung im Untergrund darstellen, wurden definiert. Sie sollen helfen, eine gemeinsame Basis für Diskussionen über die wichtigsten Aspekte, offene Fragen, Risiken und Möglichkeiten zu schaffen. Von großer Bedeutung ist ebenfalls die Untersuchung der wichtigsten Prozesse in Bezug auf die oben diskutierten Fragestellungen anhand von Sensitivitätsanalysen mit exemplarischen Modellproblemen auf verschiedenen Skalen.

Das Gesamtziel dieses Projekts ist die Präsentation der Benchmarks und ihrer Ergebnisse in der Fachwelt sowie deren Diskussion innerhalb eines internationalen Workshops. Da die Zeit zur Findung von Lösungen des Klimaproblems kurz ist, bietet diese in dem Projekt vorgestellte internationale Kommunikation, die Kooperation und der Austausch unter führenden Wissenschaftlern in diesem Bereich eine essentiell wichtige Basis für weitere Entwicklungen und Untersuchungsstrategien.