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.
Im Energieszenario Baden-Württemberg 2050 vom Dezember 2011 zielt die Landesregierung Baden Württemberg auf einen Ausbau des Anteils erneuerbaren Energien auf 80% am Gesamtenergieverbrauch bis zum Jahr 2050. Voraussetzung dafür ist eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 49% bezogen auf den Verbrauch 2010. Ein wesentliches Mittel zur Energieeinsparung ist hierbei die Steigerung der Energieeffizienz bei der Stromgewinnung, die Nutzung der Geothermie insbesondere zur Wärmeversorgung sowie die Speicherung von Wärme. Die Erhöhung des Anteils der Kraft-Wärme Kopplung (KWK) kann die Effizienz der Stromerzeugung signifikant erhöhen. Deren Effizienz wird derzeit jedoch gemindert, da die produzierte Elektrizität und Wärme i.d.R. nicht in gleichem Ausmaß und zum selben Zeitpunkt nachgefragt werden, in dem diese anfallen. Die Überschussenergie für einen späteren Abruf zwischen zu speichern stellt eine Möglichkeit dar, die Effizienz von KWK-Anlagen zu steigern. Auf diese Weise kann die Wärme zu Zeiten, in denen z.B. weniger Heizwärme benötigt wird, diese in den Speicher als Überschusswärme eingelagert werden, und zu Zeiten mit erhöhtem Wärmebedarf (z.B. Winter) aus dem Speicher entnommen werden. Ziel dieses Verbundprojektes ist die Bewertung der Machbarkeit einer saisonalen Langzeitwärmespeicherung auf der Basis tiefer Aquifer-Speicher im südlichen Oberrheingraben. Ein Schwerpunkt der Studie liegt auf der Bewertung der geologischen und geothermischen Untergrundverhältnisse in der Freiburger Bucht und dem Aufbau eines 3D Reservoirmodells (AP1). Auf dieser Grundlage sollen mit Hilfe von nummerischen T-H-Modellierungen geothermischen Erschließungs- und mögliche Realisierungskonzepte eines geothermischen Speichers erarbeitet werden, welche sich vorwiegend an der prognostizierten Bedarfsanalyse orientieren (AP2). Ziel ist es, einen Projektvorschlag zu erarbeiten, der unter den bestehenden geologischen Bedingungen und möglichen technischen Systemen eine optimale Wirtschaftlichkeit verspricht.
Chemical weathering of rocks is extremely important for the generation of soils, for the evolution of landscape, and as a main source of inorganic nutrients for plant growth and therefore for life. Due to climate warming, additional areas will become ice-free and subject to weathering and soil formation. Large parts of the European Alps and Russia including the Altai mountains of Asia were glaciated during the last ice age. Glaciers and periods of glaciation have a significant impact on global weathering. Proglacial environments are important for the understanding of global CO2 cycling on glacial/interglacial timescales as they made up a significant amount of the global land surface during the Quaternary due to the advance and retreat of glaciers and ice sheets. Consequently, the currently occurring worldwide climate changes are fuelling a growing interest in the effect that the state factors such as climate, parent material, topography, organisms and time are having on the landscape and consequently soil evolution. The concept of the factors for soil formation is enjoying a broad renaissance as the worlds people become aware of how the rich resources of soils and ecosystems are being wasted. Consequently, weathering mechanisms as a scientific topic have gained much in importance over the last two decades. The alteration mechanisms are nonetheless poorly understood and further research is required to explain soil and landscape evolution and their response to changing environmental conditions. A main gap in knowledge exists about the velocity of (clay) mineral transformations or formations in soils or material starting to be a soil in high alpine and arctic climate zones. Especially little is known about the initial stages of weathering and soil formation, i.e. during the first decades to centuries of soil genesis. Two different kinds of soil production functions are discussed in literature: a) soil evolution and consequently weathering can be modelled using a humped function which means that soil production and weathering is maximised at a certain time or b) models using an exponential function are often applied. Accordingly, production and weathering exponentially decreases with time. Due to the two different soil production concepts, soil formation and weathering can have both a slow or high reactivity at the initial stage. A challenge is now to test the applicability of the existing soil production functions and as yet unknown forms to different kinds of situations. A main aim of the proposed collaboration and scientific exchange is to compare existing and new datasets (where the main applicants have access to) on weathering and soil evolution in the Alps (Swiss and Italian Alps), the Altai mountains (Siberia, Russian Altai) and the Polar Urals (the Ural Mountains, Russia). In addition, datasets from the Wind River Range (Rocky Mountains, USA) will be available. (abridged text)