Erweiterung von Modellkonzepten für technisch kontrollierte Kalziumkarbonatausfällung unter besonderer Berücksichtigung mehrerer antreibender Prozesse, des Temperatureinflusses und der Zweiphasenströmung

Description: Fluidspeicherung im Untergrund ist ein wichtiger Bestandteil der Bemühungen zur Eindämmung des Klimawandels (Speicherung von CO2) oder für Energiespeicherung um die Schwankungen durch die wechselnde, unvorhersehbare Produktion erneuerbarer Energierzeugung auszugleichen. Diese Fluide können jedoch durch undichte Brunnen oder beschädigte Deckschichten austreten. Die technisch kontrollierte Kalziumkarbonatausfällung ist von unseren Partnern an der Montana State University erfolgreich in Feldversuchen angewandt worden, solche Leckagen zu beheben. Die Anwendbarkeit einer bestimmten Methode von induzierter Kalziumkarbonatausfällung (ICP) wird hauptsächlich durch die Tiefe der Leckage und dem lokalen geothermalen Gradienten bestimmt. Mikrobiell induzierte Kalziumkarbonatausfällung (MICP) ist auf die Aktivität lebender bakterieller Zellen angewiesen, welche auf einen niedrigen Temperaturbereich beschränkt ist, der meist nur im flacheren Untergrund, in zur Speicherung von CH4 oder Erdgas geeigneten Tiefen gegeben ist, aber in geeigneten Reservoiren für die Speicherung von CO2 meist überschritten wird. Deswegen sollten weitere Möglichkeiten, Kalziumkarbonatausfällung durch Enzyme (EICP) oder thermische Prozesse (TICP) zu induzieren, entwickelt und in Feldversuchen erprobt werden. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, das bestehende numerische Modell für MICP zu verallgemeinern um ein allgemeingültiges Modell zu erhalten, welches auch für EICP und TICP sowie Kombinationen der Prozesse verwendet werden kann. Dafür müssen zunächst alle für EICP und TICP relevanten Prozesse und deren Interaktionen identifiziert werden, um das Modellkonzepte zu formulieren. Für EICP und TICP sind nicht-isotherme Modelle besonders wichtig, da für beide die zentrale Harnstoffhydrolysereaktion stark temperaturabhängig ist. Dafür muss die temperaturabhängig der physikalischen Eigenschaften und der biogeochemischen Reaktionen sowie der Transport der inneren Energie quantifiziert und parameterisiert werden. Die Implementierung des Modells im Open-Source Simulator DuMuX (www.dumux.org) wird auf dem vorhandenen Modell für MICP aufbauen. Ein zweiter Teil des Projekts ist die Verbesserung des ICP Modells unter besonderer Berücksichtigung anwendungsrelevanter Prozesse, wie zum Beispiel der Auswirkung von ICP auf die Zweiphasenströmungseigenschaften. Diese Auswirkung ist bis jetzt noch nicht im bestehenden Modell berücksichtigt. Vor allem aufgrund der Anwendung von ICP zur Reduktion von Gasleckagen im Untergrund sollte das Modell die Auswirkung von ICP auf die Zweiphasenströmungseigenschaften jedoch berücksichtigen, da die Erhöhung des Eindringdrucks für das Gas auf Werte über den Reservoirdruck für eine ausreichende Abdichtung ausreicht.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Erdgas ? Montana ? Temperaturabhängigkeit ? Brunnen ? Hydrogeologie ? Kohlendioxid ? Methan ? Energie ? Hydrochemie ? Limnologie ? Mathematisches Modell ? Siedlungswasserwirtschaft ? Zelle ? Klimaschutz ? Untergrund ? Abdeckung ? Freilandversuch ? Hydrologie ? Klimawandel ? Leckage ? Abdichtung ? Enzym ? Integrierte Wasser-Ressourcen Bewirtschaftung ? Isotherme ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Finanzielle Förderung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• University Bozeman, Department of Chemical and Biological Engineering, Center for Biofilm Engineering (Mitwirkung)
• Universität Stuttgart, Institut für Mechanik (Bauwesen), Lehrstuhl II (Kontinuumsmechanik) (Mitwirkung)
• Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung (Projektverantwortung)

Time ranges: 2017-01-01 - 2025-08-18

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Advancing model concepts for engineered calcium carbonate precipitation with focus on multiple driving processes, temperature influence, and two-phase flow
  Description: Fluid storage in the subsurface is important to reduce climate change (sequestration of supercritical CO2) or for energy storage (CH4, H2) to cope with the intermittent, unpredictable production of renewable sources. However the fluids have the potential to leak through damaged cap rocks or wellbores. The engineered precipitation of calcium carbonate has been demonstrated to have immense potential to seal such leakage pathways. Successful field demontrations of this technology, using microbes to induce precipitation, have been completed by our collaborators at Montana State University. The applicability of a certain method of induced calcium carbonate precipitation (ICP) is largely determined by the depth below ground surface and the local geothermal gradient. Microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) relies on the activity of living bacterial cells with a limited temperature range. This temperature range may include the shallow subsurface, where CH4 or natural gas may be stored, but is lower than the temperatures commonly present at depths suitable for CO2 storage. As a consequence, other ICP technologies such as enzymatically induced calcium carbonate precipitation (EICP) or thermally induced calcium carbonate precipitation (TICP) have to be developed and demonstrated in the field. The primary goal of this project is to expand the current modeling capabilities for MICP to create a more universal model with the ability to account for additional EICP and TICP processes as well as combinations of these processes. Therefore, it is necessary to identify the relevant processes of EICP and TICP and their interactions to formulate conceptual models, including flow and transport of fluids as well as biogeochemical processes. For EICP and TICP, non-isothermal capabilities are especially important since for both the driving ureolysis reaction is highly temperature dependent. Thus, the effect of temperature on physical properties and biogeochemistry, as well as the transport of internal energy, has to be quantified and parametrized. The implementation of the models into the Open-Source numerical simulator DuMuX (www.dumux.org) will build on previous work concerning MICP. The second part of the project is the improvement of the ICP models with a special focus on field-application-relevant processes, such as the impact of ICP on two-phase flow properties. This impact of ICP on two-phase flow properties has not yet been considered in detail. However, with regard to using ICP to mitigate gas leakage from subsurface reservoirs, sophisticated models need to account for the impact of ICP on two-phase flow relations, such as the capillary pressure-saturation relation. Sufficient sealing might be achieved by increasing the entry pressure of the reservoir cap rock to values higher than the reservoir pressure. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1083801

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/380443677 (Webseite)

Status

Aktiv

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