Das Projekt "Vorhaben: Gasreservoire und Bruchprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Für eine sichere und nachhaltige Nutzung unterirdischer Geosysteme muss die Integrität von Reservoir- und Barrieregesteinen langfristig gewährleistet sein. Eine besondere Rolle spielen dabei Prozesse, welche durch Rissbildung und Risswachstum zu einer Schwächung des Gesteins führen können. Diese Schwächung kann z. B. durch Diffusions- und Transportprozesse infolge wechselnder Druck- und Spannungsbedingungen hervorgerufen werden. Dabei ist die Rissbildung und Rissausbreitung im Untergrund mit seismischen Ereignissen verbunden. Diese Mikrobeben sind zumeist nur mit entsprechend sensitiver Messtechnik registrierbar, die Seismizität kann allerdings auch spürbare Größenordnungen erreichen oder sogar zu Schädigungen an Bauwerken und Infrastruktur führen. In konventionellen Kohlenwasserstofflagerstätten wird häufig nach einem längeren Produktionszeitraum eine erhöhte seismische Aktivität festgestellt, die auf Kompaktionsprozesse des Reservoirgesteins und die Aktivierung von Bruchzonen zurückzuführen ist. Bei der hydraulischen Stimulierung unkonventioneller Kohlenwasserstofflagerstätten oder geothermischer Reservoire werden seismische Ereignisse aufgezeichnet, die je nach Belastungszyklus und Gesteinstyp stark variieren können. Auch in Gasspeichern führen Belastung und Rissbildung zu erhöhter Seismizität, welche Prozesse anzeigt, die sich ungünstig auf die Speicherstabilität auswirken. Im Rahmen des Verbundprojekts SECURE sollen skalenübergreifende Werkzeuge zur Prognose und Charakterisierung hydromechanischer Prozesse bei der Nutzung unterirdischer Reservoirsysteme entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich dabei auf Rissbildung und Risswachstum in Reservoiren und Deckgesteinen, welche als mikroseismische Ereignisse detektiert werden können. Hierzu sollen Modelle konzipiert werden, die erstmals bruchmechanische Prinzipien mit probabilistischen Seismizitätsmodellen kombinieren. Das Verbundprojekt gliedert sich in drei Arbeitspakete. Im Mittelpunkt des ersten Arbeitspakets steht das Monitoring. Dabei soll geprüft werden, wie schwache Mikroseismizität bestmöglich detektiert und charakterisiert werden kann. Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung einheitlicher Standards zur Beschreibung von Magnituden und Herdparametern. Das zweite Arbeitspaket umfasst die Entwicklung fluidmechanischer Reservoirmodelle anhand von vier Fallstudien. Hierfür werden von den Industriepartnern Daten aus konventionellen Erdgasfeldern, aus Experimenten zur hydraulischen Stimulierung, aus Gasspeichern und aus geothermischen Aquifersystemen bereitgestellt. Ziel ist es, Druck- und Spannungsfelder als Funktion der Produktions- und Feldparameter zu bestimmen. Im dritten Arbeitspaket sollen auf Basis von Spannungssimulationen Seismizitätsmodelle entwickelt werden, welche zur Kalibrierung der fluidmechanischen Reservoirmodelle dienen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Vorhaben: Automatisierte Überwachung von Mikroseismizität in räumlich begrenzten Reservoiren und einheitliche Behandlung von Unsicherheiten bei der Bestimmung von Herdparametern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maximilians-Universität München, Department für Geo- und Umweltwissenschaften, Sektion Geophysik durchgeführt. Für eine sichere und nachhaltige Nutzung unterirdischer Geosysteme muss die Integrität von Reservoir- und Barrieregesteinen langfristig gewährleistet sein. Eine besondere Rolle spielen dabei Prozesse, welche durch Rissbildung und Risswachstum zu einer Schwächung des Gesteins führen können. Diese Schwächung kann z. B. durch Diffusions- und Transportprozesse infolge wechselnder Druck- und Spannungsbedingungen hervorgerufen werden. Dabei ist die Rissbildung und Rissausbreitung im Untergrund mit seismischen Ereignissen verbunden. Diese Mikrobeben sind zumeist nur mit entsprechend sensitiver Messtechnik registrierbar, die Seismizität kann allerdings auch spürbare Größenordnungen erreichen oder sogar zu Schädigungen an Bauwerken und Infrastruktur führen. In konventionellen Kohlenwasserstofflagerstätten wird häufig nach einem längeren Produktionszeitraum eine erhöhte seismische Aktivität festgestellt, die auf Kompaktionsprozesse des Reservoirgesteins und die Aktivierung von Bruchzonen zurückzuführen ist. Bei der hydraulischen Stimulierung unkonventioneller Kohlenwasserstofflagerstätten oder geothermischer Reservoire werden seismische Ereignisse aufgezeichnet, die je nach Belastungszyklus und Gesteinstyp stark variieren können. Auch in Gasspeichern führen Belastung und Rissbildung zu erhöhter Seismizität, welche Prozesse anzeigt, die sich ungünstig auf die Speicherstabilität auswirken. Im Rahmen des Verbundprojekts SECURE sollen skalenübergreifende Werkzeuge zur Prognose und Charakterisierung hydromechanischer Prozesse bei der Nutzung unterirdischer Reservoirsysteme entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich dabei auf Rissbildung und Risswachstum in Reservoiren und Deckgesteinen, welche als mikroseismische Ereignisse detektiert werden können. Hierzu sollen Modelle konzipiert werden, die erstmals bruchmechanische Prinzipien mit probabilistischen Seismizitätsmodellen kombinieren. Das Verbundprojekt gliedert sich in drei Arbeitspakete. Im Mittelpunkt des ersten Arbeitspakets steht das Monitoring. Dabei soll geprüft werden, wie schwache Mikroseismizität bestmöglich detektiert und charakterisiert werden kann. Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung einheitlicher Standards zur Beschreibung von Magnituden und Herdparametern. Das zweite Arbeitspaket umfasst die Entwicklung fluidmechanischer Reservoirmodelle anhand von vier Fallstudien. Hierfür werden von den Industriepartnern Daten aus konventionellen Erdgasfeldern, aus Experimenten zur hydraulischen Stimulierung, aus Gasspeichern und aus geothermischen Aquifersystemen bereitgestellt. Ziel ist es, Druck- und Spannungsfelder als Funktion der Produktions- und Feldparameter zu bestimmen. Im dritten Arbeitspaket sollen auf Basis von Spannungssimulationen Seismizitätsmodelle entwickelt werden, welche zur Kalibrierung der fluidmechanischen Reservoirmodelle dienen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Zusammenhang zwischen Rissbildungen und Wasserspannungen in mineralischen Dichtungen unter Beruecksichtigung der Parameter Zeit, Temperatur, Verdichtung sowie Saettigungsgrad" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Fachgebiet Bodenmechanik und Grundbau durchgeführt. Mineralische Abdichtungen werden im Deponiebau sowohl fuer Basis- als auch fuer Oberflaechenabdichtungen verwendet. Der bindige Boden mit nur sehr geringer Durchlaessigkeit schliesst weitgehend eine Konvektion aus und ist in der Lage, Schadstoffe zu adsorbieren. Voraussetzung fuer diese Sperrfunktion ist allerdings, dass der Boden nicht austrocknet und damit Risse entstehen. Bei diesem Forschungsvorhaben werden Parameter ermittelt, die den Austrocknungsprozess beeinflussen. Daraus wird eine Transportgleichung entwickelt, sowie ein Gleichung fuer die Beschreibung der Zugspannungen in Abhaengigkeit vom Wassergehalt. Ausserdem soll das Rissproblem numerisch modelliert werden.
Das Projekt "Vorhaben: Analyse der Deckgebirgsintegrität am Beispiel eines Gasspeichers sowie der Stabilität der Risssysteme eines Tiefengeothermieprojekts im Rahmen einer Sensitivitäts- und Risikoanalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Geologie durchgeführt. Eine transparente und standortunabhängige Methodik zur Risikobewertung ist ein wesentlicher Baustein für die Akzeptanz sowie eine effiziente, sichere und nachhaltige Nutzung des geologischen Untergrundes. Die Stärke der vorgeschlagenen Methodik besteht darin, dass sie in jeder Projektphase auf dem jeweils aktuellen Kenntnisstand und Entwicklungsstand der Detailmodelle beruht und im Laufe der Entwicklung eines Projektes kontinuierlich verbessert wird. Der modulare Aufbau der Methodik ermöglicht hierbei, unabhängig vom Programmpaket die aktuellsten Modelle standortspezifisch zu integrieren. Ein Systemsimulationsmodell (AP 1) dient als Grundlage zur Risikobewertung durch die Integration der in den Einzelmodulen (APs 2-5) entwickelten Prozessmodelle. GEOSMART verfolgt das Ziel, eine konsistente Methodik zur Risikobewertung für die Nutzung des geologischen Untergrundes für hydro- und geothermale Tiefengeothermieprojekte sowie zur Speicherung und Entsorgung von Fluiden auf der Grundlage einer modularen Simulation des Gesamtsystems zu schaffen. Mithilfe einer bei der probabilistischen Modellierung üblichen Korrelationsanalyse werden Prozesse und Parameter identifiziert, die einen wesentlichen Beitrag zum standortspezifischen Risiko leisten. Dies erlaubt eine objektivierte Durchführung des Risikomanagements. Dazu erfolgt in GEOSMART die Implementierung von gekoppelten Prozesssimulationsmodellen unter Berücksichtigung von Mehrphasenfluss, Geomechanik, Geochemie und Wärmetransport sowie deren innovative Integration in ein ganzheitliches Systemsimulationsmodell zur effizienten Quantifizierung der wesentlichen Risiken. Der Arbeitsplan umfasst folgende Schritte: 1.) Analyse des aktuellen Standes von W+T 2.) Aufbau von Modellen zur Rissausbreitung bzw. Aktivierung existierender Diskontinuitäten 3.) Anwendung der Modelle auf zwei unterschiedliche Standorte 4.) Ableitung von Meta-Modellen als Input für die Monte-Carlo basierte Risikoanalyse
Das Projekt "Vorhaben: Entwicklung des Systemsimulationsmodells, der Schnittstellen und Durchführung der probabilistischen Risikoberechnung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Eine transparente und standortunabhängige Methodik zur Risikobewertung ist ein wesentlicher Baustein für die Akzeptanz sowie eine effiziente, sichere und nachhaltige Nutzung des geologischen Untergrundes. Die Stärke der vorgeschlagenen Methodik besteht darin, dass sie in jeder Projektphase auf dem jeweils aktuellen Kenntnisstand und Entwicklungsstand der Detailmodelle beruht und im Laufe der Entwicklung eines Projektes kontinuierlich verbessert wird. Der modulare Aufbau der Methodik ermöglicht hierbei, unabhängig vom Programmpaket die aktuellsten Modelle standortspezifisch zu integrieren. Ein Systemsimulationsmodell (AP 1) dient als Grundlage zur Risikobewertung durch die Integration der in den Einzelmodulen (APs 2-5) entwickelten Prozessmodelle. GEOSMART verfolgt das Ziel, eine konsistente Methodik zur Risikobewertung für die Nutzung des geologischen Untergrundes für hydro- und geothermale Tiefengeothermieprojekte sowie zur Speicherung und Entsorgung von Fluiden auf der Grundlage einer modularen Simulation des Gesamtsystems zu schaffen. Mithilfe einer bei der probabilistischen Modellierung üblichen Korrelationsanalyse werden Prozesse und Parameter identifiziert, die einen wesentlichen Beitrag zum standortspezifischen Risiko leisten. Dies erlaubt eine objektivierte Durchführung des Risikomanagements. Dazu erfolgt in GEOSMART die Implementierung von gekoppelten Prozesssimulationsmodellen unter Berücksichtigung von Mehrphasenfluss, Geomechanik, Geochemie und Wärmetransport sowie deren innovative Integration in ein ganzheitliches Systemsimulationsmodell zur effizienten Quantifizierung der wesentlichen Risiken. AP 1.1 Prozessanalyse und konzeptionelles Modell: AP 1.2 Modellimplementierung: AP 1.3 Anwendungsszenario: AP 1.4 Sensitivitätsanalyse AP 1.5 Anpassung und Dokumentation AP 1.6 Koordination des Gesamtprojektes
Das Projekt "Flotationsberge als mineralisches Dichtungsmaterial in Oberflaechenabdichtungssystemen - Charakterisierung des Austrocknungsverhaltens und der Veraenderung der Durchlaessigkeit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie durchgeführt. Durch die Austrocknung und Rissbildung mineralischer Dichtungsschichten in Oberflaechenabdichtungen kann die Funktionstuechtigkeit des Abdichtungssystems vermindert werden. Die Hauptaufgabe der Oberflaechenabdichtung, die Minimierung der Infiltration in den Deponiekoerper und damit die Sickerwasserneubildung, ist somit nicht mehr in vollem Umfang gewaehrleistet. Hierzu sind in den letzten Jahren zahlreiche Felduntersuchungen durchgefuehrt worden. Ziel des Forschungsprojektes am Lehrstuhl fuer Ingenieurgeologie und Hydrogeologie ist es, die Austrocknung und die damit verbundene Veraenderung der Durchlaessigkeit von mineralischen Dichtungsmaterialien im Labormassstab zu erfassen und im Hinblick auf die Austrocknungsgefaehrdung und Rissbildung mineralischer Dichtungsschichten zu bewerten. Die Untersuchungen werden an Flotationsbergmaterial und natuerlichen Deponietonen durchgefuehrt. Flotationsberge fallen bei der Steinkohlenaufbereitung an und stellen ein feinkoerniges bindiges Material aus Ton-, Silt- und Sandsteinen des Oberkarbons dar. Sie sollen als mineralisches Dichtungsmaterial im Deponiebau eingesetzt werden. Neben der Charakterisierung des Probenmaterials und der Ermittlung der Proctordichte wird das Austrocknungsverhalten und die Rissbildung proctorverdichteter Flotationsberge und Tone bei unterschiedlichen Temperatur- und Feuchteverhaeltnissen ermittelt. Hierbei wird im wesentlichen die zeitliche Veraenderung des Volumens und des Wassergehaltes betrachtet. Nach definierten Trocknungszeiten, dh nach Erreichen einer bestimmten Wasserspannung an der Probenoberflaeche, werden die Veraenderungen der Durchlaessigkeit in Triaxialzellen untersucht. Aus den Laborergebnissen sollen Auswirkungen des Materialverhaltens auf die mineralische Dichtungsschicht abgeschaetzt werden.
Das Projekt "Bildung und Oxidation von Russ und unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Brennraum eines Dieselmotors" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik und Institut für Thermodynamik durchgeführt. Untersuchung der Verbrennung und Schadstoffentstehung in einem direkeinspritzenden Dieselmotor. Hierzu werden mittels getakteter Gasentnahme Brenngasproben von verschiedenen Positionen im Brennraum entnommen. Diese werden auf die Komponenten: Trockener Russ; Polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK); HC, NOx, CO, CO2, O2 analysiert. Die Messdaten geben Aufschluss ueber den raumlichen und zeitlichen Ablauf der Verbrennung und der Schadstoffentstehung/der Schadstoffreduktion. Die Messdaten sollen als Eingangsdaten bzw zur Verifizierung von Rechenmodellen verwandt werden.
Das Projekt "Einfluss der Strahlausbreitung und des Kraftstoffes auf die Russbildungs- und Russoxidationsvorgaenge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik und Institut für Thermodynamik durchgeführt. In einer Einspritzkammer werden die Russbildungs- und Russoxidationsvorgaenge unter dieselmotorischen Temperatur- und Druckbedingungen mit Hilfe des Lichtextinktionsverfahrens untersucht. Dabei wird die Lichtabschwaechung eines Laserstrahls durch die Russpartikel im Einspritzstrahl gemessen und anschliessend ueber die Mie'sche Streulichttheorie eine Russkonzentration im Strahl berechnet. Weitere Informationen bezueglich der Strahlausbreitung und Gemischbildung werden aus Hochgeschwindigkeitsaufnahmen des Einspritzvorganges und Messungen des oertlichen Luftverhaeltnisses mit Hilfe der Raman-Spektroskopie gewonnen. Im Rahmen dieses Projektes soll der Einfluss einiger wichtiger Parameter auf die Russbildungs- und Russoxidationsvorgaenge untersucht werden. Zu nennen sind hier im wesentlichen die Einspritzparameter wie zB Drehzahl und Einspritzmenge. Lufttemperatur und Luftdruck sowie die Kraftstoffeigenschaften. Alle Messungen werden an unterschiedlichen Positionen im Einspritzstrahl durchgefuehrt.
Das Projekt "Vorhaben: Bohrlochintegrität und Fluidleckage" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Ziel des Verbundprojekts GEOSMART ist es, eine transparente und standortunabhängige Methode zur Risikobewertung von hydrothermalen und petrothermalen Tiefengeothermieprojekten sowie von Speicherprojekten auf Grundlage einer modularen Simulation des Gesamtsystems zu entwickeln. Üblicherweise wird bei Risikoanalysen zunächst eine Reihe konzeptioneller Vereinfachungen vorgenommen, um komplexe Prozesse im Rahmen probabilistischer Ansätze beschreiben zu können. Für das Projekt GEOSMART wurde ein entgegengesetzter Ansatz gewählt. Es ist beabsichtigt, die erforderlichen Prozessmodelle zunächst entsprechend dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik einschließlich der Prozesskopplung zu entwickeln. Im Anschluss werden für die Prozessmodelle mittels Sensitivitätsanalysen die Schlüsselparameter identifiziert, die den größten Einfluss auf die einzelnen Risikokomponenten haben. Die Abhängigkeit der Risikokomponenten von den Schlüsselparametern wird dann in Form von Wertetabellen bzw. Antwortfunktionen abgebildet und an ein zentrales Systemsimulationsmodell übergeben, mit dem die Wahrscheinlichkeitsverteilung für die einzelnen Risikokomponenten berechnet wird. Die Schnittstelle über die Wertetabellen bzw. Antwortfunktionen stellt die wesentliche Vereinfachung dar und ermöglicht eine probabilistische Simulation komplexer Modelle. Der entscheidende Vorteil gegenüber herkömmlichen Risikoanalysen besteht darin, dass die relevanten Prozesse nicht auf Grundlage stark vereinfachter Modelle abgebildet werden, was die Genauigkeit von Prognosen deutlich erhöht. Das Projekt GEOSMART gliedert sich in fünf Arbeitspakete. Im Rahmen des ersten Arbeitspaketes wird mit Hilfe des Programmpaketes GoldSim ein zentrales Systemsimulationsmodell entwickelt, an das sämtliche Prozessmodelle über Schnittstellen gekoppelt werden. Das zweite Arbeitspaket befasst sich mit einem Prozessmodell zur Integrität des Deckgebirges und den Auswirkungen von unkontrolliertem Risswachstum im Rahmen der hydraulischen Stimulation. Hierfür sind gekoppelte strömungsmechanische Simulationen vorgesehen. Im dritten Arbeitspaket wird die Migration von Fluiden aus einem Reservoir über geologische Schwächezonen betrachtet. Dabei wird mit dem Prozessmodell insbesondere der Stoff- und Wärmetransport quantifiziert. Änderungen des Spannungsfeldes und die dadurch möglicherweise induzierte Seismizität stehen im Zentrum des vierten Arbeitspaketes. Es ist geplant, mit einem Prozessmodell Wertetabellen für die Eintrittswahrscheinlichkeit solcher Ereignisse und Erschütterungskarten zu liefern. Im fünften Arbeitspaket wird die Integrität von Bohrungssystemen untersucht. Unter Berücksichtigung aller relevanten Prozesse erfolgt die Quantifizierung von Fluidleckagen für das Gesamtsystem Bohrung mithilfe gekoppelter numerischer Simulationen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Russ- und Schadstoffbildung in Verbrennungsaerosolen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg, Fachbereich 7 Maschinenbau, Institut für Verbrennung und Gasdynamik durchgeführt. Aerosole treten in unterschiedlichen Bereichen der Verfahrenstechnik entweder als unerwuenschtes Abgas auf oder werden als Produkt gezielt generiert. Typische Beispiele sind die Entstehung von Russpartikeln bei Verbrennungsprozessen, die Erzeugung von technischen Russen, von keramischen Partikeln, Pigmenten, nanokristalinen und magnetischen Werkstoffen. Zur gezielten Beeinflussung dieser Prozesse sind Kenntnisse sowohl der chemischen Zusammensetzung der Gase als auch der Groesse und Menge der Partikel erforderlich. Zur Untersuchung dieser Vorgaenge werden Partikel aus russenden Niederdruckflammen mit Hilfe einer Molekularstrahlanlage in ein Partikel-Massenspektrometer (PMS) geleitet. Dort koennen elektrisch geladene Partikel bezueglich ihrer Masse und Ladung analysiert werden. Untersuchungen an russenden C6H6/O2-Flammen wurden durchgefuehrt, um den Einfluss von aromatischen und aliphatischen Strukturen der Brennstoffe auf die Russbildung zu studieren. Ein grosser Anteil an Fullerenionen konnte nachgewiesen werden. In C2H2/C6H6/O2-Mischflammen konnten sowohl benzoltypische als auch acetylentypische Partikel nachgewiesen werden. In Zukunft sollen Partikel aus russenden C6H6/O2-Flammen abgeschieden und gesammelt werden, um den Fullerenanteil mit anderen Diagnosemethoden zu bestimmen.
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