COSONOStRA: Bestimmung des Einflusses von CO2-SO2-NOX-O2 Mischungen auf Formationswässer sowie Deck- und Speichergesteine bei der CO2-Sequestrierung: Experimentelle Bestimmung der chemischen Reaktionen und petrophysikalischen Folgen
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COSONOStRA: Bestimmung des Einflusses von CO2-SO2-NOX-O2 Mischungen auf Formationswässer sowie Deck- und Speichergesteine bei der CO2-Sequestrierung: Experimentelle Bestimmung der chemischen Reaktionen und petrophysikalischen Folgen
01.05.2008 bis 30.04.2011
Prof. Dr. J. Erzinger [em.]
Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), Sektion 3.1: Anorganische und Isotopengeochemie
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN
Die Nutzung des Untergrundes zur Kohlendioxid-Speicherung für globale Klimaschutzziele
Ziel des Vorhabens COSONOStRA ist es, die chemischen, mineralogischen, petrophysikalischen und petrochemischen Prozesse zu untersuchen, die bei der Einwirkung von industriell abgetrenntem Kohlendioxid auf potentielle Speicher- und Deckgesteine stattfinden. Obwohl moderne Abscheidungstechniken bereits einen hohen Reinheitsgrad des Kohlendioxids aus Kraftwerken gewährleisten, kann das Kohlendioxid bis zu zwei Prozent Verunreinigungen an Stickstoff, Argon, Sauerstoff, Schwefeldioxid und Stickoxiden enthalten. Bereits Spuren von Schwefeldioxid und Stickoxiden können mit Wasser zu Schwefel- bzw. Salpetersäure reagieren und Gesteine stark alterieren. Reaktionsprodukte wie Sulfate sind relativ schwer löslich und können zu einer deutlichen Reduktion der Porosität von Speichergesteinen führen. Da bisher keine ausreichende Datenbasis zum Einfluss von Schwefeldioxid und Stickoxiden im tiefen geologischen Untergrund existiert, ist es von besonderer Bedeutung, die chemischen Reaktionen zwischen verunreinigtem Kohlendioxid und Formationswässern bzw. Mineralphasen zu bestimmen und zu quantifizieren.
Das Vorhaben gliedert sich in zwei Teilprojekte. Im Rahmen des ersten Teilprojekts sollen die komplexen Reaktionen zwischen Fluid- und Gesteinskomponenten mit Hilfe von realitätsnahen Laborexperimenten untersucht werden. Dazu sind Versuche mit einzelnen Mineralphasen wie Quarz, Feldspäten, Tonen, Glimmer, Kalzit, Dolomit, Siderit und Hämatit geplant. Diese Mineralphasen werden mit salinaren Wässern (Sole) definierter Zusammensetzung aufgeschlämmt und anschließend mit flüssigem bzw. überkritischem Kohlendioxid versetzt, dem unterschiedliche Mengen an Stick- und Schwefeloxiden sowie Sauerstoff beigefügt werden. Nach Abschluss der Experimente ist eine umfangreiche mineralogische Untersuchung der Mineralphasen geplant.
Das zweite Teilprojekt befasst sich mit den geomechanischen und petrophysikalischen Folgen der Wechselwirkungen zwischen Gesteinen und verunreinigtem Kohlendioxid. Treten Lösungserscheinungen von Bestandteilen des korngestützten Gefüges bzw. des Kornzements auf, können diese den Kompressionsmodul sowie die mechanische Festigkeit von Speichergesteinen herabsetzten und somit zu einer zunehmenden Gesteinskompaktion führen. Diese Gesteinskompaktion kann z. T. bis an die Erdoberfläche in Form von Absenkungserscheinungen sichtbar werden. Es ist geplant, Probenmaterial aus potentiellen Reservoirgesteinen in temperierten Druckbehältern mit verunreinigten kohlendioxidreichen Fluiden zu versetzen. In festgelegten Intervallen soll die Auswirkung der Fluide auf den Porenraum durch Messung des elektrischen Widerstands und der Permeabilität bestimmt werden. Durch Bestimmung der Ultraschallgeschwindigkeit und statischen Moduli kann der Zustand des korngestützten Gefüges charakterisiert werden. Nach Abschluss der Experimente erfolgen polarisationsoptische Untersuchungen und chemische Analysen, um die Unterschiede zum unalterierten Ausgangsgestein festzustellen. Nach Interpretation der geochemischen und geomechanischen Daten soll eine qualitative Einschätzung der Reaktionskinetik der Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen vorgenommen werden.