Das Projekt "Vorhaben: Evaluation des Untergrunds der Metropolregion Hamburg basierend auf der Analyse und der Modellierung gegenwärtiger geologischer Strukturen und deren Dynamik - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Potsdam, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Für Großstädte mit ihrer hohen Dichte an Verkehrswegen, Industrie- und großen Wohnanlagen ist es von hoher Wichtigkeit, die Langzeit-Sicherheit, Funktionalität und die Beständigkeit dieser Standorte zu gewährleisten. Detaillierte Kenntnisse sowie die Erfassung des geologischen Untergrunds mit zerstörungsfreien und kostengünstigen Methoden sind Voraussetzungen, um die Ausgaben für die Planung und Durchführung von Baumaßnahmen zu optimieren bzw. Folgekosten zu minimieren. Herkömmliche aktive geophysikalische Standardmethoden (z. B. Seismik) können aufgrund verschiedener Reglementierungen in urbanen Gebieten nicht angewendet werden. Untersuchungen mit Hilfe von passiven geophysikalischen Messungen bzw. die Entwicklung niedrig-energetischer aktiver Meßmethoden mit entsprechenden neuen Interpretationsansätzen bilden eine innovative Möglichkeit, schnell und kostengünstig größere Areale in besiedelten Räumen in Hinblick auf die oben beschriebenen Anforderungen zu untersuchen. Mit elektromagnetischen Impulsverfahren (Ground Penetrating Radar) und dem so genannten 'Ambient Vibration' Verfahren (Anregung durch Hintergrunderschütterung), soll der flachere bis tiefere geologische Untergrund der Metropolregion Hamburg hinsichtlich seiner geologischen Strukturierung erfasst und interpretiert werden. Speziell eine Untersuchung der Salzdiapire und der damit verbundenen Strukturen (z. B. Kollaps-Strukturen) soll erfolgen. Die Ergebnisse sollen georeferenziert in Datenbanken verfügbar gemacht und mit vorhandenen Geo-Daten visualisiert werden. Hier besteht eine enge Zusammenarbeit mit der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt in Hamburg. Die entwickelten Techniken sollen auch auf andere Metropolen übertragbar sein.
Das Projekt "Vorhaben: Entwicklung des SPIN Instrumentensystems zur nuklear-magnetischen Resonanz-Erkundung des unterirdischen Raumes - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Gelsenkirchen, Institut für rationelle Energieverwendung durchgeführt. Das Ziel des Verbundes SPIN ist ein Beitrag zur sicheren und effizienten Realisierung von Kohlendioxid-Speicherprojekten mit Hilfe einer neu konzipierten, geophysikalischen Kernspinresonanztechnik. Das von der Geohydraulik Data konzipierte Abbildungsverfahren mittels Kerspinresonanz (SPectroscopic Imaging of Nuclear magnetic resonance underground = SPIN) soll über die Wasserstoff-Verteilung im Untergrund bei der Charakterisierung von Reservoiren (Wasser, Erdgas, Erdöl, Mischungen) helfen und eine Bestimmung der Formations-Eigenschaften erlauben. Die 'Surface Nuclear Magnetic Resonance' (SNMR) ist eine etablierte Methode zur Erkundung des oberflächennahen Untergrundes bis 150 m. Um einen Einsatz im Rahmen von Sequestrierungsvorhaben zu ermöglichen, ist eine Erweiterung auf Tiefen von mehr als 1000 m erforderlich. Hierzu soll eine ortsfeste Dipolquelle mit einer Länge von 1 bis 1,5 km (geerdet über den Stahlausbau von existierenden Tiefbohrungen oder dem Gestänge von Flachbohrungen) genutzt werden, um einen definierten Stromimpuls zu generieren. Das dadurch erzeugte magnetische Feld führt zu einer Auslenkung der Kernspins von Wasserstoffvorkommen im Untergrund. Nach Rückkehr (Relaxation) der Kernspins in ihre ursprüngliche Position wird ein magnetisches Feld ausgestrahlt. Diese magnetische Resonanz-Antwort kann von mobilen Empfängerantennen registriert werden. Im Rahmen der Kohlendioxid-Sequestrierung ist das geplante Verfahren für stillgelegte Öl- und Gasfelder, tiefe Kohleflöze und tiefe salinare Aquifere anwendbar. In allen diesen Fällen sind die Poren, Klüfte und sonstige Hohlräume im Gebirge von Wasserstoff führenden Medien wie Wasser, Öl, Methan und deren Mischungen ausgefüllt. Da die Amplitude der NMR-Signale direkt proportional zur Anzahl der Wasserstoff-Protonen ist, kann mit Hilfe der NMR-Methode der Gehalt im Untergrund detektiert und quantifiziert werden. Aufgrund der Verdrängung des vorhandenen wasserstoffhaltigen Mediums ist es möglich, die Ausbreitung des sequestrierten Kohlendioxids zu verfolgen. Dazu bedarf es entsprechender Referenzmessungen im Vorfeld der Sequestrierung. Die NMR Technik soll eingesetzt werden für - die 3D-Erkundung des Speichers und der Überdeckung bezüglich Wasser- und Kohlenwasserstoffgehalt, effektiver Porosität und Durchlässigkeit vor der Kohlendioxid-Injektion - ein Monitoring der Kohlendioxidausbreitung in der Reservoir-Formation während der Injektion - die Langzeit-Sicherheitskontrolle nach Abschluss der Kohlendioxid-Einspeicherung. Nach Abschluss einer Machbarkeitsstudie ist die Entwicklung eines Prototyps geplant, der an einem bereits gut erkundeten Testfeld erprobt werden soll. Anmerkung: Die Machbarkeitsstudie hat gezeigt, dass sich Oberflächen-NMR nicht für den Einsatz als Monitoring-Instrument bei der Kohlendioxidspeicherung eignet. Die Förderung des Verbundvorhabens SPIN wurde deshalb eingestellt.