Ziel des Verbundprojektes sind Fortschritte in der angewandten Ozeanografie in Richtung der Entwicklung eines automatisierten intelligenten Echtzeit-Informationssystems zur Frühwarnung und Notfallbereitschaft bei Operationen in der offshore Öl- und Gasexploration. Forschungsschwerpunkt sind Seegebiete vor der israelischen Küste im östlichen Mittelmeer. Die Entdeckung von Gasvorkommen führten hier zu vielfachen Aktivitäten mit substantiellen ökonomischer Interessen, die aber auch Risiken durch schwere Stürmen und Lackage-Unfällen mit potentiellen Umweltgefährdungen ausgesetzt sind. Das Vorhaben 'Datenkommunikation und Datenmanagement' ist Bestandteil des Verbundprojekts DARTIS, bei dem Entwicklungsfortschritte in der Angewandten Ozeanografie und insbesondere bei Intelligenten Echtzeit-Informationssystemen für Frühwarnung und Notfallvorsorge von offshore Öl- und Gasoperationen im östlichen Mittelmeer im Vordergrund stehen. Im Rahmen der Zusammenarbeit der Projektpartner zur Verbesserung der Seegangs- und Oil Spill Modelle, die im Echtzeit-Informationssystem integriert sind, wird sich Firma Sea & Sun Technology mit Problemstellungen in der Datenkommunikation zwischen operationellen Seegangsbojen und Modellen befassen, die vor der Küste Israels eingesetzt sind. Die besondere Zielsetzung des Teilprojekts liegt darin, Ausreißer und Messlücken in Zeitreihen des Seegangs vor der Datenassimilation in Modelle durch effizientes Datenmanagement zu identifizieren, Fehler zu analysieren und Messlücken in Zeitreihen durch Datenrekonstruktion zu schließen. Dazu werden Techniken und mathematische Modelle auf Grundlage von Künstlichen Neuronalen Netzwerken (englisch ANN) eingesetzt und validiert. Tests zur Einschätzung der Güte der Rekonstruktionen werden durchgeführt, wobei Effekte wie Windstärken und Länge von Daten-Ausfallzeiten berücksichtig werden.
dem Bereich der konventionellen Erdgas- und Erdölindustrie sind für die Gashydrate nur eingeschränkt nutzbar, da die Clathrate in sehr viel geringeren Sedimenttiefen vorkommen und andere physikalische Eigenschaften aufweisen. Dementsprechend werden speziell angepasste Verfahren entwickelt, um die Methanhydrate zu lokalisieren, die Gashydratverteilung im Untergrund zu erfassen und zu kartieren, die chemischen, mineralogischen und strukturellen Eigenschaften der Methanhydrate zu bestimmen, die Gashydratmengen zu quantifizieren und den Förderprozess zu überwachen. Die geplanten Untersuchungen sind von grundlegender Bedeutung, um zum einen einer neuen Meerestechnologie ihre wirtschaftliche Grundlage zu geben und zum anderen einen Zugang zu einem neuen Energieträger mit großem Zukunftspotenzial zu schaffen und dabei gleichzeitig einen Beitrag zur Verringerung des Kohlendioxid-Gehaltes in der Atmosphäre zu leisten. Teilvorhaben: Multibeamsysteme zur volumetrischen Erfassung von Gasfahnen in der Wassersäule - Teilvorhaben: Seismische Analyseverfahren zur Bestimmung der Sedimentmatrix - Teilvorhaben: Simulation der Gashydratakkumulation im Meeresboden. In den drei Teilvorhaben sollen Technologien weiterentwickelt werden, um Gashydrat-Lagerstätten zu lokalisieren (A1), die Verteilung von Gashydraten im Meeresboden flächig zu vermessen (A2), die Gashydratmengen im Meeresboden zu quantifizieren (A2 / A3) und die Speicherung von Kohlendioxid zu überwachen (A1 / A2). Innerhalb der Teilprojekte A1-2 und A2-2 sollen Methoden zur Exploration und Überwachung von Gashydrat-Vorkommen (Hydroakustik, Seismik, Elektromagnetik) zusammen im Feld getestet und durch kombinierte Auswertung (Joint Inversion) der unterschiedlichen Daten die Hydratquantifizierung verbessert werden. In A3 wird das Gashydratmodul im Softwarepaket PetroMod, welches in SUGAR I entwickelt wurde und die Bildung von Lagerstätten in Sedimentbecken prognostizieren kann, an zwei bekannten marinen Gashydrat-Lagerstätten validiert und optimiert werden.
Ein wesentliches Ziel der Teilvorhaben ist die Realisierung einer Methode zur Gewinnung von Gas aus hydratführenden Sedimenten, welche die in-situ Oxidation von Methan zur Erzeugung der notwendigen Energie für die Zersetzung der Gashydrate nutzt. Dazu soll ein Reaktor optimiert bzw. das Verfahren so modifiziert werden, dass der Reaktor unter Feldbedingungen effizient eingesetzt werden kann. Neben der Weiterentwicklung des Reaktors gehören auch die Entwicklung einer Gaszu- und Ableitung, sowie der Test des Reaktors im Laborversuch (Reservoirsimulator LARS) und der Test von Reaktor und Gasversorgung im Feld (KTB) zu den Zielen des Vorhabens. Ein weiteres Ziel ist der Ausbau der Versuchseinrichtung im Labor mit einem tomographischen System, um eine hinreichende Aussagefähigkeit der Versuchergebnisse zu erhalten. Die experimentellen Daten fließen in numerische Simulationen ein, die die Auswertung und Interpretation der experimentellen Daten ermöglichen sollen. Weiterhin werden in numerischen Simulationen verschiedene Abbauszenarien unter natürlichen Bedingungen berechnet. 1) Optimierung des Verfahrens zur Förderung von Gas aus Hydraten (Reaktorgeometrie + Katalysator, Oxidationsroute) - 2) Entwicklung Bohrlochsonde - 3) Entwicklung bohrlochtaugliche Gasversorgung für Reaktor - 4) Entwicklung Testapparatur für Membranen + Membrantest -5) Entwicklung Gassammeleinrichtung -6) Test des Reaktors in Laborversuchen - 7) Test des Reaktors in Feldversuchen - 8) numerische Simulationen.
Teilvorhaben A2-4 entwickelt in Zusammenarbeit mit der Coresyde GmbH, Berlin, ein neues Konzept für die Subbeprobung autoklavierter Sedimentproben. Diese werden mit dem in SUGAR I entwickelten Meeresboden-Bohrgerät (MeBo)/-Druckkern-Probennehmern (MDP) geborgen. Durch die Subbeprobung können nicht nur die Mengen von Gashydraten hochaufgelöst quantifiziert, sondern auch ihre Verteilung im Sediment sowie ihre Mikrostrukturen charakterisiert werden. Dies ist wichtig, da sich nur im Porenraum fein verteilte Hydrate zum Abbau anbieten, während Hydrate, die z. B. als Zement die Sedimentstruktur tragen, aus Sicherheitsgründen nicht abgebaut werden können. Weiterhin ist die Kenntnis der Mikrostruktur der Hydrate wichtig, da sie die Gasförderate bei der Produktion bestimmt. Das System soll auf drei Expeditionen zur Gewinnung von Gashydratproben genutzt werden, wobei die Autoklav-Subbeprobung sukzessive nach Entwicklung eingesetzt werden soll. Entwicklung eines Autoklav-Subprobennehmers zur spezifischen Beprobung autoklavierter Gashydratproben (MeBo/ MDP); Entwicklung eines Dreh-Schneidschuhsystems und umfangreiche Konstruktions-Anpassungen an die in SUGAR I entwickelten MDP. Diverse Testverfahren; Einsatz der Technologie auf Gashydrat-Expeditionen; Erprobung des Gesamtsystems
Zusammenfassung: Das Ziel des Projektes SUGAR II - Teilprojekt B3 - Erschließung von Gashydratlagerstätten ist es, technologische Ansätze für die Erschließung und Förderung von Methan aus Methanhydratlagerstätten bei gleichzeitiger Einlagerung von CO2 zu finden und hinsichtlich ihrer Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit zu bewerten. Gashydratlagerstätten weisen einige Besonderheiten auf, die ihre Erschließung zu einer wissenschaftlichen und technischen Herausforderung machen. Sicherheitsfragen im Bohr- und Förderbetrieb sowie der Umweltschutz spielen bei Erschließung von Gashydratlagerstätten eine große Rolle. Im Rahmen dieses Projektantrags werden neue Konzepte von Offshore-Anlagen zur Erschließung von Gashydratlagerstätten untersucht. In diesem Arbeitspaket erfolgt eine konzeptionelle Bearbeitung einer auf dem Meeresgrund abgestellten Bohranlage zum Bohren von vertikalen Bohrungen bis 500 m Tiefe. Die Arbeiten beginnen mit der konzeptionellen Überlegungen zum Gesamtkonzept. Dabei werden die einzelnen Konstruktionsmodule und die Schnittstellen definiert, Lastenhefte für die einzelnen Module erstellt und gegenseitige Abhängigkeiten herausgearbeitet. Arbeitspakete: Entwicklung Unterwasserbohranlage zum Gashydratabbau (BAUER), Literaturrecherche. Modellentwürfe, Machbarkeitsstudien, Bericht.
Die Messung von Kohlenwasserstoffkonzentrationen und deren isotopische Zusammensetzung ist essentiell für viele Applikationen von der medizinischen Diagnostik und Umweltforschung bis hin zur Erdgasexploration. Die Messung von Methan Isotopenverhältnis (13CH4:12CH4) ist für das Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs der Erde sehr wichtig. Während der Beitrag anthropogener fossiler Energieträger um die 8 Gigatonnen atmosphärischen Kohlenstoff pro Jahr umfasst (GtC/Jahr), repräsentiert der arktische Permafrostboden mindestens 600 GtC und der Ozean über 11000 GtC. Die Freisetzung eines geringen Bruchteils vom Permafrostboden oder des Ozeans durch Erwärmung der polaren Troposphäre kann zu schwerwiegenden klimatischen Effekten führen. Die isotopische Signatur von Methan erlaubt die Rückverfolgung des Ausflusses zu seinen verschiedenen ökologischen und anthropogenen Quellen. Das Mischverhältnis von nicht-Methan-Kohlenwasserstoffen (NMHC) sind hilfreiche Indikatoren von atmosphärischen Oxidations- und Transportprozessen auf regionaler bis hin zur globalen Ebene. Obwohl die Anzahl der Studien von NMHC-Isotopologen noch sehr begrenzt ist, kann die Messung davon zusätzliche Einblicke in die Quellen, Senken und Verteilung in der Atmosphäre liefern und ermöglicht einem das photochemische Alter der einzelnen Kohlenwasserstoffe abzuschätzen. Insgesamt sind diese Informationen sehr wichtig um atmosphärische Modelle zu verifizieren und zu verbessern. Stand der Technik für die Messung von Kohlenstoffisotopen der vergangen 30 Jahre ist die Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie (IRMS). Die Messmethode ist sehr präzise, aber zugleich arbeitsaufwendig, teuer und wird typischerweise in einem Labor durchgeführt, wodurch Feldmessungen in Echtzeit unmöglich werden. IRMS ist außerdem indirekt, da der Kohlenwasserstoff in einem Verbrennungsprozess zuerst in CO2 umgewandelt werden muss und dieser dann für das 13C-Verhältnis analysiert wird. Das Ziel dieses Projektes besteht in der Entwicklung eines optischen Sensors, welches die direkte isotopenselektive Messung von kurzkettigen Kohlenwasserstoffen erlaubt. Als mögliches neues Analysegerät soll ein Diodenlaser auf Halbleiterbasis eingesetzt werden. Diese Emissionsquellen erlauben unter Raumtemperatur-Betrieb kontinuierliche Strahlung zwischen 3,0 Mikro m und 3,5 Mikro m. Diese spektrale Region beinhaltet die stärksten Absorptionslinien von Kohlenwasserstoffen. Der Laser ist kompakt, einfach in der Handhabung und seine optische Rückkopplung erlaubt kontinuierliches und modensprungfreies Durchstimmen bei einer spektralen Linienbreite kleiner als 10 MHz. Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften wird die photoakustische Spektroskopie (PAS) verwendet. Dieses Messverfahren basiert auf Absorption von modulierter Strahlung und die dadurch hervorgerufene Erzeugung einer Schallwelle. Als eine offsetfreie Technik ermöglicht diese eine sehr hohe Nachweisempfindlichkeit. Messungen sollen an Methan, Ethan und Propan durchgeführt werden.
Das Vorhaben trägt inhaltlich zu den Teilprojekten 1 und 3 des Verbundprojektes SUGAR-III, bestehend aus dem beim BMBF angesiedelten Teil A und dem beim BMWi angesiedelten Teil B, bei. Die Arbeiten zielen dabei zum einen auf den Wissens- und Technologietransfer zu den Industriepartnern in den jeweiligen Teilprojekten, zum anderen werden die Gashydrat-Vorkommen im Paläo-Donaudelta erschlossen, um einen europäischen Feldtest zum Gashydratabbau vorzubereiten und mögliche Risiken einschätzen und bewerten zu können. Hierzu werden sowohl die seismischen und elektromagnetischen Vermessungen (Expeditionen MSM34 + 35) des Donautiefseefächers ausgewertet als auch numerische Simulationen zur Entstehung und räumlichen Verteilung der Gashydrate vorgenommen. Im letzten Projektjahr ist dann die Erbohrung der Vorkommen mit MeBo200 an ausgewählten Lokationen geplant. In Laborexperimenten wird das geomechanische Verhalten der Gashydrat-Sedimente unter verschiedenen Abbautechniken untersucht und Lösungsansätze für das Problem der Sandproduktion gesucht.
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