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Forschung - Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung

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

Zusammenfassung:

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.


Zugeordnete Forschungsprojekte:


Am Forschungsschwerpunkt beteiligte Wissenschaftler:

  • Peter Bastian
  • Andreas Bielinski
  • Holger Class
  • Alfred B. Cunningham
  • Melanie Darcis
  • Mehmet Onur Dogan
  • Anozie Ebigbo
  • Bernd Flemisch
  • Rainer Helmig
  • Johannes Hommel
  • Olaf Ippisch
  • Alexander Kissinger
  • Andreas Kopp
  • Wolfgang Nowak
  • Sergey Oladyshkin
  • Lena Walter
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