Dauerhafte Speicherung

Schema zur dauerhaften Speicherung von Kohlendioxid Quelle: BGR

Ziele der Arbeiten in diesem Themenfeld:

• Untersuchung der Grenzflächeneigenschaften im System Gestein – CO₂-reiches Fluid – Formationswasser,
• Messung von Reaktionskinetik und thermodynamischer Stabilität verschiedener Minerale in Abhängigkeit der Fluidzusammensetzung,
• Simulationsberechnungen zur Optimierung der Versuchsplanung und zur Vorhersage langsam ablaufender geochemischer Reaktionen,
• Untersuchung der Auswirkung auftretender geochemischer Veränderungen auf die mechanischen Eigenschaften der Gesteine.

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Beteiligte Forschungspartner:

Gesteinsalteration durch Kohlendioxid Quelle: BGR

Für die Nutzung einer geologischen Struktur als Speicher für Fluide ist ihre hydraulische Durchlässigkeit ein wichtiger Parameter. Diese ist vom Volumen der Poren und deren Vernetzung abhängig.

Liegen im Gestein mehrere fluide Phasen vor, spielen auch Grenzflächeneigenschaften eine Rolle. Daher sollen Grenzflächenspannungen zwischen CO₂-reichen Fluiden und Formationswasser sowie Benetzungswinkel zwischen Fluiden und Gestein gemessen werden.

Reaktionsgefäß für geochemische Experimente Quelle: BGR

Um Aussagen zu Reaktionen zwischen CO₂-reichem Fluid, Formationswasser und Speicher- oder Barrieregestein unter in situ-Bedingungen machen zu können, wurden Daten zur Reaktionskinetik und zur thermodynamischen Stabilität verschiedener Minerale experimentell ermittelt. Hierfür wurden Mineralseparate bzw. „typische“ Speicher- und Barrieregesteine mit synthetischem Formationswasser (ggf. mit Isotopenmarkierung) und Prozessfluiden in inerten Reaktionsapparaturen unter Lagerstättendruck und –temperatur gehalten bzw. durchströmt. Die Zusammensetzungen der Feststoffe und der Fluide wurden vor und nach dem Versuch analysiert und verglichen.

Zur Versuchsplanung (z.B. zur Zeitdauer) wurden entsprechende Simulationsberechnungen durchgeführt. Die experimentell ermittelten Daten wurden dann wiederum verwendet, um die Datengrundlage für Simulationsberechnungen zu verbessern. So wurden z.B. auch Vorhersagen zu (sehr) langsam ablaufenden geochemischen Reaktionen ermöglicht.

Querschnitt einer Triaxialzelle für geomechanische Versuche an Gesteinen Quelle: MLU

Außerdem wurde durch geochemisch/geomechanische Kombinationsuntersuchungen geprüft, ob sich beobachtete mineralogische und geochemische Veränderungen auf die mechanischen Eigenschaften der Gesteine auswirken.

Hierzu wurden zunächst ausgewählte Gesteinsproben in gekoppelten Autoklavreaktoren von CO₂-reichem Fluid unter Lagerstättendruck und –temperatur um- bzw. durchströmt. Anschließend wurden diese Gesteinsproben in einer Triaxialzelle auf ihre festigkeitsmechanischen Eigenschaften hin untersucht, um Aussagen über die Anfälligkeit für Rissbildungen und die langfristige Stabilität der potenziellen Speicherformation abzuleiten.