Enhanced Geothermal Systems (EGS) zielen darauf ab, die in der Erdkruste gespeicherte Wärme durch zirkulierende Flüssigkeiten zwischen Injektions- und Produktionsbohrlöchern zu extrahieren. Ideale Bedingungen finden sich typischerweise in Formationen in einer Tiefe von 2 bis 5 km, in denen die Durchflussrate für kommerzielle geothermische Anlagen nicht ausreicht und in denen die Temperaturen hoch sind (d. H. >> 100 ° C). Daher ist die Hochdruck-Flüssigkeitsinjektion, die als hydraulische Stimulation bekannt ist, eine allgemein angewandte Technik, um ein verbundenes Bruchnetzwerk zu erzeugen, das die Flüssigkeitszirkulation erleichtert. Die hydraulische Stimulation geht typischerweise mit einer induzierten Seismizität einher, die von der Öffentlichkeit wahrgenommen werden kann und sogar Schäden verursacht. Das Ziel dieses Projekts ist es, ein grundlegendes Verständnis der induzierten Seismizität in gebrochenen Gesteinen zu vermitteln, das die Fähigkeit verbessert, das seismische Risiko vorherzusagen und zu kontrollieren. Dieses Projekt geht von der Hypothese aus, dass die Seismizität gemeinsam durch die Bruchnetzgeometrie und die aktivierten thermo-hydromechanischen (THM) Prozesse in geologischen Systemen gesteuert wird. Wir werden Discrete Fracture Networks (DFN) anwenden, um die strukturellen Diskontinuitäten darzustellen und die THM-Prozesse mit hoher Auflösung zu modellieren. Dieses Projekt verwendet die Datensätze aus kleinen (Dekameter-) Stimulationsexperimenten am Grimsel-Teststandort in der Schweiz und modernste numerische Modelle, um Folgendes zu erreichen: 1) Testen Sie die Wirksamkeit hochauflösender Modelle zur Erfassung der seismische, hydraulische und mechanische Prozesse, die mit kleinen Experimenten beobachtet wurden; 2) Verknüpfung der geometrischen Attribute eines Bruchnetzwerks (wie Intensität, Konnektivität, Länge und räumliche Verteilung) mit der räumlichen, zeitlichen und Größenverteilung der induzierten Seismizität; 3) ein neuartiges Prognosemodell für die maximal mögliche Größe vorschlagen und testen, das die gemeinsamen Auswirkungen von Multiphysikprozessen berücksichtigt, die unter standortspezifischen geologischen Bedingungen und Betriebsbedingungen dominieren; 4) Bewertung der Hochskalierung der hochauflösenden DFN-Modelle im kleinen Maßstab (Dekameter), um die Experimente im Reservoir-Maßstab (Kilometer) zu simulieren. Dieses Forschungsprojekt ist neu in der Behandlung der durch Injektion induzierten Seismizität durch hochauflösende physikbasierte Modelle und hochwertige Datensätze, die aus einzigartigen In-situ-Experimenten abgeleitet wurden. Die vorgeschlagene Forschung hat erhebliche Auswirkungen auf die Förderung der Übergangspolitik hin zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien und trägt dazu bei, unser Wissen über die Auslösemechanismen induzierter Erdbeben zu erweitern.
Die Entsorgung nuklearer Abfälle in geologischen Tiefenlagern muss in Gebieten erfolgen, die vom Grundwasserstrom ausreichend isoliert bleiben. Andernfalls können Fluidströmungsprozesse bei einer gestörten Entwicklung des Endlagers die Migration von Radionukliden in die Biosphäre begünstigen. Nur wenige Studien befassen sich mit den Folgen des weiträumigen Radionuklidtransports in solchen Worst-Case-Szenarien. Die hydrogeologischen Bedingungen des Gesamtsystems in der Nachbetriebsphase werden sich jedoch letztendlich von denen zum Zeitpunkt des Endlagerbaus unterscheiden und werden sowohl von äußeren Faktoren (z.B. Klimawandel) als auch von intrinsischen Beckeneigenschaften stark beeinflusst. Dieses Vorhaben im Bereich der Umweltrisiken zielt darauf ab, die Auswirkungen von (i) Vereisung, (ii) Permafrost und (iii) tektonischen Ereignissen auf die hydrologischen und hydromechanischen Grenzen zu untersuchen, die den großräumigen Grundwasserfluss in der Nähe von hypothetischen Abfalldeponien bestimmen. Zu diesem Zweck dient der Yeniseisky-Standort (YS) in Russland, ein potenzielles geologisches Tiefenlager für radioaktive Abfälle in kristallinem Gestein, als Fallstudie, der auf einzigartige Weise alle drei oben genannten Merkmale der geologischen Umgebung umfasst. Multiphysikalische Simulationen von thermisch-hydraulisch-mechanisch-chemisch gekoppelten Prozessen (THM-C) werden angewendet, um Szenarien der Fernfeld-Radionuklidentwicklung im Extremfall eines Endlagerstörfalls zu liefern. Die Neuartigkeit der THM-C-Modelle und der Zugang zu einer einzigartigen Datenbank der YS werden das klassische Verständnis von anomaler Fluid-, Wärme- und Massentransportvorgänge innerhalb tektonisch aktiver Becken erweitern. Während sich das vorgeschlagene Vorhaben auf die Thematik der nuklearen Entsorgungsforschung bezieht, können die den entwickelten Modellen zugrunde liegenden physikalischen und numerischen Konzepte auf eine Vielzahl von Nutzungsszenarien der Geosphäre (z.B. CO2-Speicherung, Abfallentsorgung, Entstehung seismischer Ereignisse) angewendet werden. Darüber hinaus sind entsprechende Benchmarkstudien in ähnlichen kristallinen geologischen Formationen geplant.
Research aims - The aim of this project is to demonstrate whether increased biodiversity and net primary production lead to increased carbon storage in the ecosystem, especially in the largest carbon pool, the mineral soil, and thus reduces the release of greenhouse gases. Climate change (nitrogen deposition, summer droughts, vegetation fire) - We will analyse plant-soil feedbacks in laboratory experiments, using our newly build Multi Isotope labelling in Controlled Environment (MICE) facility, and in three of the field sites (tropical, temperate, boreal) using transplanted model mini-ecosystems. Global change includes many processes, and we focus on three processes, key to the terrestrial carbon cycle, i.e. increasing chronic atmospheric nitrogen deposition, widespread summer droughts, and more frequent wildfires, with yet unknown consequences for the carbon cycle. We will use the MICE facility to manipulate mini-ecosystems (plants and soil from the three field sites) and expose them to four climatic scenarios: todays equivalent climate (corresponding to the site), increased nitrogen deposition, drought and post-fire conditions (by pyrolising the plant biomass). The plant-soil system will be labelled with stable isotopes (13C, 15N) in order i) to investigate the changes in organic matter dynamics when climate changes are applied and ii) to produce highly labelled experimental material that could be traced in the field. We will transplant the manipulated mini-ecosystem, from the MICE facility to the three URPP GCB sites Siberia, Laegeren and Borneo (tropical, temperate, boreal). The mini-ecosystems will contain highly labelled material (13C and 15N in fresh biomass and charred biomass) in order to follow fluxes related to C losses from the soil (CO2 and organic matter dissolved in water), as well as processes involved in the stabilisation of soil C (microbial, physical and chemical mechanisms). Using a large number of replicates will allow us to follow the underlying processes of C stabilisation in soil and vegetation at a high spatial and temporal precision. Biodiversity experiment - We will use the MICE chambers to grow different species of trees and grasses labelled with 13C (and potentially 15N, 18O and 2H) under todays climatic conditions. Then we recombine the different species (1, 2, 4, 8 species) and transplant them to the temperate site at Laegeren. In the field we can follow the total carbon fluxes and the contributions from the isotopically labelled decomposing biomass, and the living biomass.
Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Erhöhung der Erfolgsaussichten bei der Exploration und Erschließung geothermischer Reservoire zur Wärme- und Stromerzeugung vor allem in der S/SW bayerischen Molasse. Die konkreten Ziele im Teilvorhaben sind die Störungsklassifikation bezüglich ihrer Häufigkeit durch strukturgeologische Interpretation der vorhandenen Seismik, geomechanische Charakterisierung von Störungszonen inkl. Spannungsfeldanalyse durch Auswertung von Loggingdaten und Tests an Bohrkernen zur hydraulisch-mechanischen Modellierung für das EGS Potential von Dolomitklüften, Ermittlung der Dimensionierung von zonierten Störungen und deren Permeabilitätsstruktur als Zuflusszone und Erschließungsziel, hydraulische Charakterisierung und Parametrisierung von zonierten Störungs- und Kuftzonen für THM-Reservoirmodelle, Klassifizierung der Fazies und Diagenesestadien in Bezug auf die Reservoirqualität, Porosität/Permeabilität und Zusammenfassung in einem ersten Fazies Atlas für den Malm der Molasse. Um die Ziele des Gesamtvorhabens zu erreichen, sollen an der TUM folgende Aufgaben durchgeführt werden: (I) Seismisches Geschwindigkeitsmodell für die südliche Molasse, (II) Geomech./hydraul. Reservoirverhalten bei der Erschließung und im Betrieb; (III) Fazielle/lithologische/diagenetische Beschaffenheit des tiefen Malm im Hinblick auf die Speicherqualität. Dazu sollen (i) strukturgeol. Seismikinterpretation, Störungsversatzanalyse; (ii) hydraulische Erfassung, Modellierung, Charakterisierung von dolomitischen Störungszonen; (iii) geomech./petrophysik. Parametererhebung; (iv) Faziesklassifikation, petrographische Analysen zur Erfassung diagenetischer Prozesse; (v) Labortests unter in situ Bedingungen zum Verhalten verschiedener Säuren in Dolomiten; (vi) Spannungsfeldanalyse, Störungscharakterisierung, Validierung; (vii) Aufnahme von Bohrkernen und deren fazielle lithostratigraphische Einordnung; (viii) Korrelation von Bohrlochlogs/-kernen/-klein durchgeführt werden.
Ziel dieses Vorhabens ist die Simulation von Prozessen in Wärmespeicher-Systemen mit vorzugsweise in Modulbauweise gefertigten Systemkomponenten sowie das Monitoring der Boden- und Grundwassertemperatur in direkter Umgebung. Damit wird ein Beitrag für die Bewertung der Potenziale und der Sicherheit dieser Anlagen sowie deren Auswirkungen auf Schutzgüter geleistet. Die Modellbildung basiert auf progressiven numerischen Ansätzen zur Simulation gekoppelter physikalischer und chemischer Prozesse. Hydrogeologische Mess- und Monitoringkonzepte sind notwendig, um den umweltneutralen Betrieb der betrachteten Speicher zu gewährleisten. Es werden numerische Methoden zur Analyse der betrachteten Speicher entwickelt und in die open source Software OpenGeoSys implementiert, was im Rahmen einer gemeinsamen Programmentwicklung den effizienten Zugriff durch alle Entwickler erlaubt. In thermo-hydro-mechanisch gekoppelten Modellen werden die Einflüsse zyklischer Prozesse bei Bau und Betrieb der Systeme erfasst. Szenariensimulationen sind auf die Evolution lokaler Spannungsfelder in den Speichermodulen als auch auf Temperaturfeldstudien fokussiert. Verschiedene hydrogeologische Messverfahren und -strategien werden hinsichtlich ihrer Eignung zum räumlich und zeitlich angepassten Monitoring beim Betrieb oberflächennaher Wärmespeicher evaluiert und die gewonnen Ergebnisse in Geländeversuchen am Pilotstandort validiert. Die Ergebnisse fließen in Handlungsempfehlungen ein.