H2_ReacT: Transport von Wasserstoff in Gesteinen unter Berücksichtigung abiotischer und mikrobieller Redoxreaktionen

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H2_ReacT

H2_ReacT: Transport von Wasserstoff in Gesteinen unter Berücksichtigung abiotischer und mikrobieller Redoxreaktionen

01.07.2017 bis 31.08.2020

Dr. Bernhard Krooss

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und der Lagerstätten des Erdöls und der Kohle
Lochnerstr. 4-20
52056 Aachen

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Nutzung unterirdischer Geosysteme

Das Verbundprojekt H2_ReacT untersucht grundlegende petrophysikalische, geochemische und biogeochemische Fragen der untertägigen Wasserstoffspeicherung. Prognosen zum Langzeitverhalten geologischer Wasserstoffspeicher sind bisher nur eingeschränkt möglich da verlässliche Daten zur Geschwindigkeit relevanter Redoxreaktionen und zur Wasserstoffdurchlässigkeit von Deckschichten fehlen.  Ziel des H2_ReacT Projekts ist die Gewinnung experimenteller Daten zur Kinetik chemischer Reaktionen und mikrobieller Umsetzungen sowie zu Transportmechanismen des molekularen Wasserstoffs in tiefen geologischen Systemen. Die Untersuchungen werden exemplarisch für drei geologische Wasserstoff-Speicheroptionen durchgeführt:

  1. Porenspeicher mit toniger Abdeckung
  2. Porenspeicher mit evaporitischer Abdeckung
  3. Salzkavernen

Chemische und mikrobielle Reaktionen, die Wasserstoff (H2) verbrauchen, stellen bisher noch einen großen Unsicherheitsfaktor bei der quantitativen Beschreibung reaktiver Transportprozesse des molekularen Wasserstoffs in geologischen Systemen dar. Um diese Unsicherheit zu reduzieren und Wissenslücken zu schließen, befasst sich das H2_ReacT Projekt mit grundlegenden Fragen zum Prozessverständnis. Dabei werden vier Teilprojekte bearbeitet.

Teilprojekt 1: Bestimmung der reaktionskinetischen Parameter ausgewählter abiotischer und biotischer Redoxreaktionen, die zu einer Wasserstoffoxidation (z. B. Methanogenese und Sulfatreduktion) führen. Verschiebungen von Lösungs-Fällungsgleichgewichten können zu Veränderungen der Speichereigenschaften und der Durchlässigkeit von Gesteinen führen.

Teilprojekt 2: Bestimmung der Adsorption von Wasserstoff (Sorptionsisothermen) an ausgewählten Gesteinstypen. Aus der spezifischen Adsorption gasförmigen oder gelösten Wasserstoffs an Mineraloberflächen sollen Aussagen zur Reaktivität der Oberflächen und Auswirkungen auf die Reaktionsgeschwindigkeit abgeleitet werden.

Teilprojekt 3: Quantifizierung und Parametrisierung des Gastransports in Sedimentgesteinen. Es werde Durchströmungs- und Diffusionsexperimente mit Wasserstoff und anderen Gasen durchgeführt. Zusätzlich wird der Einfluss mikrobieller Redoxreaktionen auf den Ein- und Mehrphasenfluss in Speichergesteinen untersucht.

Teilprojekt 4: Bestimmung der Wasserstoff-Löslichkeit in verschiedenen Formationswässern als Funktion von Druck, Temperatur und Zusammensetzung.

Durch das H2_ReacT Projekt soll die vorhandene Datenbasis erweitert und konsolidiert werden. Die im Rahmen des Verbundprojekts erzielten Ergebnisse werden dazu beitragen, die Eignung geologischer Speicherstrukturen in Zukunft sicherer bewerten zu können. Außerdem tragen sie zur Verbesserung der Modellierung geotechnischer Prozesse bei der Nutzung solcher Strukturen bei.