UnClog-ATES: Clogging und konkrete Gegenmaßnahmen in ATES: Experimente, Modellierung und Prognosen unter Berücksichtigung biogeochemischer Einflüsse

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UnClog-ATES

UnClog-ATES: Clogging und konkrete Gegenmaßnahmen in ATES: Experimente, Modellierung und Prognosen unter Berücksichtigung biogeochemischer Einflüsse

01.08.2022 bis 31.07.2025


Technische Universität Berlin, Institut für Angewandte Geowissenschaften (Angewandte Geochemie)
Ernst-Reuter-Platz 1
10587 Berlin

Technische Universität Bergakademie Freiberg, Lehrstuhl für Hydrogeologie und Hydrochemie
Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), Sektion 3.7 (Geomikrobiologie)

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Thermische Energiespeicherung in Aquiferen

Bei der thermischen Energiespeicherung in Grundwasserleitern (Aquifer Thermal Energy Storage, ATES) können Prozesse auftreten, welche zur Bildung von Biofilmen (Bio-Clogging) und zur Ausfällung von Mineralen (Scaling) führen, die negative Auswirkungen auf die Durchlässigkeit von Speichern und technische Infrastruktur haben. Diese Prozesse gefährden nicht nur die langfristige Betriebssicherheit von ATES-Anlagen, sondern haben auch direkte Auswirkungen auf vorhandene Schadstoffe im Untergrund. Ziel des Projekts UnClog-ATES ist es, ein umfassendes Verständnis über Clogging- und Scaling-Prozesse in ATES-Systemen zu gewinnen sowie deren Auswirkungen auf die Schadstoffdynamik im Untergrund zu bestimmen und Gegenmaßnahmen zur Erhöhung der Betriebssicherheit zu entwickeln. Im Rahmen des Projekts werden ein Monitoringprogramm und Prognosewerkzeuge erarbeitet, um die Eignung von ATES-Standorten bewerten zu können. Dabei sollen Frühwarnindikatoren identifiziert werden, welche einen drohenden Effizienzverlust und eine Schadstoffmobilisierung rechtzeitig anzeigen. Als typische Reservoire für ATES-Systeme dienen zwei Berliner Standorte mit siliziklastischen (Adlershof) bzw. karbonatischen (Spandau) Sedimenten.

Das Verbundprojekt gliedert sich in neun Arbeitspakete (AP), die Labor- und Geländearbeiten sowie numerische Modellierungen umfassen. Das erste Arbeitspaket dient allgemeinen Vorarbeiten, einschließlich Probenahmen an den zwei Untersuchungsstandorten sowie der Charakterisierung des Materials. In Mittelpunkt von AP2 stehen Säulenversuche, mit denen Prozesse und steuernde Parameter für das Clogging und die Schadstoffmobilisierung unter ATES-typischen Bedingungen identifiziert werden sollen. Dabei werden die Parameter eingegrenzt, welche als mögliche Frühwarnindikatoren dienen können und Methoden getestet, um die Durchlässigkeit der Formationen langfristig sicherzustellen. Hieran schließen sich in AP3 Säulenversuche mit Bohrkernmaterial und Formationswasser der beiden ATES Standorte an, um die maßgeblichen Prozesse und assoziierten Indikatoren unter standortgetreuen Bedingungen zu überprüfen. Begleitend zu den Säulenversuchen wird im vierten Arbeitspaket eine aufwändige Analytik an den Standorten sowie den Sediment- und Fluidproben vorgenommen, um mineralogische, hydrochemische, geochemische und mikrobiologische Änderungen zu erfassen. Sämtliche Labor- und Geländebefunde fließen in das fünfte Arbeitspaket ein, in dessen Rahmen reaktive Stofftransportmodellierungen durchgeführt werden sollen. Mit Hilfe der Modelle kann die gesamte Bandbreite möglicher Parametervariationen und deren Sensitivität auf die Zielgrößen erfasst werden, was mit ausschließlich experimentellen Arbeiten nicht möglich ist. Weiterhin können auf diese Weise hydrochemische Reaktionen mit hydraulisch kontrollierten Prozessen gekoppelt und dadurch das Potential für Clogging und Schadstoffmobilisierung für ausgewählte ATES Standorte prognostiziert werden. Schwerpunkt von AP6 ist es, auf Basis der numerischen Modelle ein Prognosewerkzeug zur Abschätzung von Clogging, Unclogging und Schadstoffmobilisierung zu erstellen, welches sowohl Experten als auch Entscheidungsträgern zur Verfügung gestellt werden soll. In AP7 sind die geplanten Geländeuntersuchungen an den Beispielstandorten zusammengefasst, während das achte und neunte Arbeitspaket Öffentlichkeitsarbeit, Publikationen und Berichtslegung umfassen.