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Unterirdische geologische Reservoire

Geologische Reservoire
Unterirdirsche Speicher und Geothermie im Fokus

Wasserstoff | Untergrundspeicher

Ausbau | Nachnutzung | Monitoring (SAMUH2)

Projekt: Sichere und innovative Erschlie?ungskonzepte f¨¹r Ausbau, Nachnutzung und Monitoring von Untergrundspeichern f¨¹r Wasserstoff (H2).

Mit diesem Projekt wollen wir einen essentiellen Beitrag zu einer nachhaltigen Energiewende leisten! Vor dem Hintergrund der verst?rkten Nutzung von Wasserstoff im Energiesystem wollen wir zu einer langfristigen, effizienten und sicheren Nutzung von (ehem.) Untertage-Gasspeichern beitragen.

Wir engagieren uns f¨¹r sichere und innovative Erschlie?ungskonzepte f¨¹r den Ausbau und die Nachnutzung der Untergrundspeicher (UGS) und erforschen Modelle, Materialien, die Mikrobiologe sowie das Monitoring f¨¹r Untertage-Wasserstoff-Speicher als Beitrag f¨¹r eine sichere und nachhaltige Energieversorgung.

 

Weitere Informationen

 

Publikationen etc.

  • ?Sichere und innovative Erschlie?ungskonzepte f¨¹r Ausbau, Nachnutzung und Monitoring von Untergrundspeichern f¨¹r Wasserstoff SAMU H2
  • Koordination: Prof. Schilling | KIT
  • Leitung Teilprojekt: Prof. Hilke W¨¹rdemann | HoMe
  • 346.000 €
  • 01/2022 ¨C 12/2024

 

Wechselwirkungen (HyInteger)

Projekt: Untersuchungen zur Integrit?t von Bohrungen und technischen Materialien unter stark korrosiven Bedingungen in geologischen Wasserstoff-Untergrund-Reservoiren

Im Rahmen des Projektes werden die Wechselwirkungen zwischen den technischen Anlagenbauteilen eines Wasserstoffspeichers und den nat¨¹rlichen unterirdischen Bestandteilen in Abh?ngigkeit von Druck, Salinit?t und Temperatur untersucht.

Dabei sollen chemisch-mineralogischen, mikrobiologischen und petrophysikalisch-geohydraulisch-geomechanischen Eigenschaften der Speicher- und Deckgesteine sowie die Stabilit?t und Dichtigkeit der technischen Anlagen Erkenntnisse zur Weiter- bzw. Neuentwickelung liefern. An unterirdische Prozesse beteiligte Mikroorganismen werden identifiziert und quantifiziert.

 

Weitere Informationen

 

Publikationen etc.

beim Leibnitz-Informationszentrum Technik und Naturwissenschaften Universit?tsbibliothek (TIB)

Verbund-Forschungsvorhaben HyINTEGER: Untersuchungen zur Integrit?t von Bohrungen und technischen Materialien in geologischen Wasserstoff-Untergrundreservoiren - Teilprojekt 3: Untersuchungen zum Einfluss mikrobieller Stoffwechselprozesse auf die Materialintegrit?t in Bohrungen. Abschlussbericht. Deobald, Darja / Schr?der, Patrick / W¨¹rdemann, Hilke et al. | TIBKAT | 2020

 

  • ?Untersuchungen zur Integrit?t von Bohrungen und technischen Materialien unter stark korrosiven Bedingungen in geologischen Wasserstoff-Untergrund-reservoiren¡° HyInteger
  • Koordination Universit?t Jena, Dr. Pudlo
  • Leitung TP 3: Untersuchungen zum Einfluss mikrobieller Stoffwechselprozesse auf die Materialintegrit?t in Bohrungen
  • Prof. Dr.-Ing. H. W¨¹rdemann | »Ê¹Ú×ãÇòÌåÓý_×ãÇò±È·ÖÖ±²¥£¤Öйú¾º²ÊÍø HoMe / Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum - GFZ
  • 143.000 €
  • 01/2016 ¨C 09/2020

 

Gasspeicher | Untertage

Sicherheit | Zyklische Belastung (SUBI)

Projekt: Sicherheit von Untergrundspeichern bei zyklischer Belastung-Funktionalit?t und Integrit?t von Speichern und Bohrungen

Ziel des Verbundprojekts SUBI ist es, die komplexen geomechanischen Vorg?nge, welche die Zuverl?ssigkeit von Untertage-Gasspeichern (UGS) beeinflussen, skalen¨¹bergreifend und interdisziplin?r zu untersuchen.

Dabei sollen die Auswirkungen zyklischer Beanspruchungen auf die technischen Installationen und die Gasspeicher im regionalen Stressfeld untersucht werden, um geeignete Betriebsweisen f¨¹r UGS ableiten zu k?nnen.

SUBI untersucht die Integrit?t von Speicher- und Barriereformationen unter zyklischer Belastung in Bezug auf Spannungs-Verformungsbeziehungen im ?bergang vom elastischen zum elastoplastischen Probenverhalten. Zus?tzlich werden die Auswirkungen der Speichergase und diverser technischer Fluide oder Schmierstoffe auf die mikrobielle Bioz?nose und deren Relevanz f¨¹r Korrosionsprozesse untersucht.

 

Weitere Informationen

 

Publikationen etc.

beim Leibnitz-Informationszentrum Technik und Naturwissenschaften Universit?tsbibliothek (TIB)

Verbund-Forschungsvorhaben SUBI: Sicherheit von Untergrundspeichern bei zyklischer Belastung: Funktionalit?t und Integrit?t von Speichern und Bohrungen. Schlussbericht. TIBKAT | 2020, W¨¹rdemann, Hilke Co-Autor des Berichts zum Verbundvorhaben.

 

  • ?Sicherheit von Untergrundspeichern bei zyklischer Belastung: Funktionalit?t und Integrit?t von Speichern und Bohrungen (SUBI)¡°
  • Koordination: DGMK, Herr Soyk
  • Teilprojekt ?Geomechanische und mikrobiologische Untersuchungen ¨C Einfluss auf die Sicherheit des Speichers und die Bohrungsintegrit?t¡°'
  • Leitung Teilprojekt: Prof. Hilke W¨¹rdemann | HoMe
  • 145.000 €
  • 07/2017 ¨C 09/2020

 

Geothermie

Ausf?llungsinhibitoren (Eva-M)

Projekt: Einsatz von Ausf?llungsinhibitoren im Molassebecken-Begleitendes Monitoring und Experimente in unterschiedlichen Skalen

Im Rahmen des Projekts wird der anaerobe Abbau universeller Scaling-Inhibitoren unter kontrollierten Bedingungen (Laborbedingungen) untersucht. Unter Verwendung chemischer und molekularbiologischer Methoden werden die Abbauprodukte sowie die daran beteiligten Mikroorganismen identifiziert und quantifiziert.

Im Forschungsvorhaben EvA-M sollen erstmalig Inhibitoren zur Vermeidung bzw. Verminderung von Ausf?llungen in Geothermieanlagen des Bayerischen Molassebeckens eingesetzt werden.

Die Inhibitorzugabe in drei Anlagen im Molassebecken soll multidisziplin?r durch enge Zusammenarbeit von Betreibern, Industrie und Forschungseinrichtungen begleitet und evaluiert werden.

Derzeit ist in einigen Geothermieanlagen auf Grund der Ausf?llung von Carbonaten kein geregelter Betrieb zur F?rderung von Thermalwasser mit Temperaturen von > 100 ¡ãC und F?rdervolumina > 100 L/s m?glich. Zur Vermeidung solcher Ausf?llungen soll nun der Inhibitor NC47.1B im Rahmen eines Langzeitversuches in drei Anlagen unterhalb der Tauchkreiselpumpe injiziert und dessen Wirksamkeit und Verhalten evaluiert werden. Hierbei sollen wertvolle Informationen a) zur Wirksamkeit des Inhibitors im Anlagenma?stab, b) zum Abbau des Inhibitors im Untergrund, c) zur Verbreitung des Inhibitors im Untergrund, d) zur Wechselwirkung des Inhibitors mit Reservoirgestein sowie e) zum mikrobiellen Abbau und dem Einfluss auf die Bioz?nose beim Einsatz des Inhibitors gewonnen werden.

Diese Erkenntnisse sind wichtig, um die Folgen eines Langzeiteinsatzes von Inhibitoren sowohl f¨¹r die Anlagen als auch f¨¹r das hydrogeologische Flie?system des Malmaquifers zu bewerten.

Um diese Ziele zu erreichen, sind Versuche in unterschiedlichen Ma?st?ben und an verschiedenen Bypass- und Testsystemen sowie ein umf?ngliches technisches, hydrochemisches und mikrobiologisches Monitoring notwendig.

Dieses Projekt tr?gt wesentlich zur nachhaltigen Nutzung der tiefen Geothermie im Bayerischen Molassebecken bei. Die tiefe Geothermie stellt eine wichtige Komponente im Energiemix im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes dar und muss im Zuge der Umsetzung von COP 21 zwingend ausgebaut werden, um die notwendige ?W?rmewende¡° zu realisieren. Dieses Ziel kann jedoch nur verfolgt werden, wenn die derzeit auftretenden Ausf?llungsprobleme gel?st werden.

 

Bypass f¨¹r Analysen | Geothermieanlage

Weitere Informationen

  • Otten, C., Dassler, B., Teitz, S., Iannotta, J., Eichinger, F., Seibt, A., Kuhn, D., and W¨¹rdemann, H. (2021): Interactions between the calcium scaling inhibitor NC47.1 B, geothermal fluids, and microorganisms ¨C results of in situ monitoring in the Bavarian Molasse Basin (Germany) and accompanying laboratory experiments, Adv. Geosci., 54, 217¨C227, https://doi.org/10.5194/adgeo-54-217-2021.

  • Westphal, A., Eichinger, F., Eichinger, L., W¨¹rdemann, H. (2019): Change in the microbial community of saline geothermal fluids amended with a scaling inhibitor: effects of heat extraction and nitrate dosage. - Extremophiles, 23, 3, pp. 283-304. DOI: http://doi.org/10.1007/s00792-019-01080-0

 

Praxisforum Geothermie. Bayern | KIT Inhibitoren-Workshop, M¨¹nchen 2019

  • "Wechselwirkungen zwischen Inhibitor und Bioz?nose - Laborversuche vs. in situ-Monitoring" | Hilke W¨¹rdemann und Beate Schulz | Abstract und Vortrag

 

European Geoscience Union (EGU) General Assembly 2020

  • "Investigations on the biodegradation of a scaling inhibitor and microbiological monitoring of its in situ application" | Christoph Otten, Beate Schulz, Sebastian Teitz, Florian Eichinger, Andrea Seibt, Dietmar Kuhn, Hilke W¨¹rdemann | Abstract und Online-Pr?sentation

 

Der Geothermiekongress, DGK 2021

  • "Interaktion zwischen dem Scaling-Inhibitor NC47.1B, geothermischen Fluiden und Mikroorganismen ¨C Ergebnisse von in-situ Monitoring im Bayerischen Molassebecken und begleitenden Laborversuchen" | Christoph Otten, Beate Dassler, Sebastian Teitz, Anja Striegel, Monika Kasina, Joy Iannotta, Florian Eichinger, Hilke W¨¹rdemann | Extended Abstract und Online-Pr?sentation

 

Europ?ischer Geothermiekongress, EGC 2022 in Berlin

  • ?Countermeasures to scaling in geothermal plants in the southern German Molasse Basin¡° | Christoph Otten, Beate Schulz, Florian Eichinger, Andrea Seibt,  Sebastian Teitz und Hilke W¨¹rdemann | Extended Abstract und Vortrag

 

beim Leibnitz-Informationszentrum Technik und Naturwissenschaften Universit?tsbibliothek (TIB)

Verbund-Forschungsvorhaben EvA-M: Einsatz von Ausf?llungsinhibitoren im Molassebecken ¨C Begleitendes Monitoring und Experimente in unterschiedlichen Skalen, Teilprojekt 1: Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen der Inhibitorzugabe und mikrobiellen Stoffwechselprozessen in Geothermieanlagen im Molassebecken. W¨¹rdemann, Hilke / Dassler, Beate / Otten, Christoph | TIBKAT 2021.

 

  • ?Einsatz von Ausf?llungsinhibitoren im Molassebecken ¨C Begleitendes Monitoring und Experimente in unterschiedlichen Skalen¡° EvA-M
  • Koordination: KIT | Dr. Kuhn
  • Leitung Teilprojekt 2: Prof. Hilke W¨¹rdemann | HoMe
  • 399.000 €
  • 10/2017 ¨C 03/2021

 

Vermeidung Karbonatausf?llungen (Eva-M2)

Projekt: Anwendung von umweltfreundlichen Inhibitoren und CO2 zur Vermeidung von Karbonatausf?llungen in der Tiefengeothermie des Bayerischen Molassebeckens

Die Bildung von Karbonatausf?llungen im Thermalwasserkreislauf von Anlagen der Tiefengeothermie im Bayerischen Molassebecken kann durch die Zugabe von Inhibitoren oder CO2 vermieden werden.

Im Zuge dieses Projektes sollen nun zwei Verfahren im Anlagenma?stab erprobt und miteinander verglichen werden.

In der Geothermieanlage D¨¹rrnhaar sollen der Inhibitor NC47.1B sowie CO2 injiziert werden, um deren Wirksamkeit zur Vermeidung von Karbonatausf?llungen unter quasi identischen Bedingungen zu vergleichen. Parallel dazu wird auch in Sauerlach CO2 ober- und untert?gig injiziert und anschlie?end auch der Inhibitor getestet.

Im Rahmen des Teilvorhabens soll der Einfluss der Injektion von CO2 und organischen Scaling-Inhibitoren auf die Mikrobiologie und damit verbundene Korrosionsprozesse sowie die Vermeidung von Karbonatausf?llungen erforscht werden. Hierzu wird deren Injektion ober- und untert?gig in zwei Geothermieanlagen im Molassebecken wissenschaftlich begleitet (AP 2 ¨C 5). Au?erdem sollen unter Einsatz verschiedener Bypass-Systeme (AP 6) und mittels erg?nzender Laborexperimente (AP 7) vergleichende Untersuchungen zur Effektivit?t und Betriebssicherheit der beiden Strategien zur Vermeidung von Ausf?llungen durchgef¨¹hrt werden. Weiterhin ist zu pr¨¹fen, ob es in den verschiedenen Anlagen zu einem signifikanten Wachstum von Biofilmen kommt und wie sich dies auf den Abbau des Inhibitors und die Korrosionsrate auswirkt (AP 8). Hier wird v. a. die Temperatur- und Druckabh?ngigkeit des mikrobiellen Abbaus genauer untersucht. Zudem werden standardisierte Untersuchungen zur Effektivit?t alternativer Inhibitoren und zu deren Abbaubarkeit durchgef¨¹hrt (AP 9).

Auf Basis dieses umfangreichen Forschungsprogramms sollen Handlungsempfehlungen f¨¹r einen sicheren und effizienten Anlagenbetrieb von Geothermieanlagen im Bayerischen Molassebecken abgeleitet werden.

 

 

Weitere Informationen

 

 

 

Publikationen etc.

Europ?ischer Geothermiekongress, EGC 2022 in Berlin

  • "Roadmap to prevent calcium carbonate precipitations in medium enthalpy hydrogeothermal projects in the South German Molasse Basin ¨C From EvA-M to EvA-M 2.0 project" | Benedikt Broda, Bernhard K?hl, Florian Eichinger, Joy Iannotta, Dietmar Kuhn, Hilke W¨¹rdemann, Christoph Otten, Andrea Seibt | Extended Abstract und Vortrag

 

  • ?Anwendung von umweltfreundlichen Inhibitoren und CO2 zur Vermeidung von Karbonatausf?llungen in der tiefen Geothermie des Bayerischen Molassebeckens¡° EvA-M  2.0
  • Koordination: KIT | Dr. Kuhn
  • Leitung Teilprojekt 2: Prof. Hilke W¨¹rdemann | HoMe
  • 419.000 €
  • 06/2021 ¨C 05/2024

 

Einfluss Biofilmbildung auf Korrosion und Scaling (BioKS)

Projekt: Einfluss der Biofilmbildung auf Korrosion und Scaling in geothermischen Anlagen - in-situ Monitoring und Test von Gegenma?nahmen in Bypass-Systemen

Im Rahmen des Projektes werden der Einfluss der Temperatur auf die Biofilmbildung und die damit verbundene mikrobiell induzierte Korrosion sowie das daraus resultierende Scaling untersucht.

Mit Hilfe eines mobilen Bypass-Systems werden in-situ Untersuchungen von Werkstoffen mit unterschiedlichen Oberfl?cheneigenschaften unter vielf?ltigen Bedingungen durchgef¨¹hrt und ausgewertet. Mikroorganismen, die an korrosiven Prozessen beteiligt sind, werden identifiziert und quantifiziert.

 

Mikrobielles GeoEngineering

Im Verlauf der geothermischen Nutzung des Untergrundes kommt es zu Konzentrations-, Temperatur- und Druck?nderungen im Reservoir, woraus eine Umlagerung von Mineralien resultieren kann. F¨¹r die Modellierung dieser Prozesse und die langfristige Prognose des Reservoirverhaltens ist es von entscheidender Bedeutung zu untersuchen, inwieweit die Umlagerungsvorg?nge durch mikrobielle Stoffwechselvorg?nge beeinflusst werden. Da Mikroorganismen sehr effektive Katalysatoren sind und h?ufig in Biofilmen vergesellschaftet komplexe geochemische Reaktionen katalysieren, k?nnen sie Redox-Reaktionen erheblich beschleunigen und daher Korrosion und/oder die Bildung von Ausf?llungen (Scaling) in geothermischen Anlagen f?rdern. Biofilme und mikrobiell und/oder abiotisch gebildete Feststoffe k?nnen im bohrlochnahen Bereich zur Verstopfung der Porenr?ume und somit zu einer drastischen Verschlechterung der Injektivit?t f¨¹hren. Ziel unserer Untersuchungen ist es, das Prozessverst?ndnis soweit zu verbessern, dass Handlungsempfehlungen zur Vermeidung beziehungsweise Verminderung mikrobiell verursachter Betriebsst?rungen entwickelt werden k?nnen.

 

Indikatororganismen f¨¹r Prozessst?rungen

Das mikrobiologische Monitoring dient dazu, Indikatoren f¨¹r St?rungen und deren Ursachen zu ermitteln. Ziel ist die Entwicklung eines Monitoringprogramms zur Fr¨¹herkennung mikrobiologischer Besiedlungsprozesse. Dabei sollen im Besonderen Indikatororganismen zu einer rechtzeitigen und erfolgreichen Einleitung von Gegenma?nahmen beitragen. W?hrend Sulfatreduzierer auf Korrosion hinweisen k?nnen, deutet eine Zunahme von Metalloxidierern auf eine erh?hte Verf¨¹gbarkeit von Elektronenakzeptoren hin.

 

Mikrobiell induzierte Korrosion

Auch unter anaeroben Bedingungen kann Korrosion durch die Bildung von Biofilmen beg¨¹nstigt werden. Mikrobielle Stoffwechselprodukte wie organische S?uren, Ammonium oder Schwefelwasserstoff beschleunigen die Ionisierung metallischer Oberfl?chen und f?rdern die Aufl?sung sch¨¹tzenderAblagerungen wie z.B. Eisencarbonat. Der nat¨¹rliche Wasserstofffilm metallischer Oberfl?chen kann von methanogenen oder Sulfatreduzierenden Organismen verwertet werden und somit die Korrosion weiter beschleunigen.

 

Einsatz von Inhibitoren

Die Wirkung und Stabilit?t von Inhibitoren zur Minderung von Korrosion und Scaling sind vom Thermalwasser und der mikrobiellen Besiedlung abh?ngig. In Experimenten unterschiedlicher Komplexit?t sollen die Wechselwirkungen der Inhibitoren mit Fluid, Gestein und Mikroorganismen analysiert werden. Die Ber¨¹cksichtigung mikrobieller Prozesse ist f¨¹r den Einsatz, die Bewertung und die Wirtschaftlichkeit von Inhibitoren essentiell und f?rdert die langfristige Betriebssicherheit.

 

REM Aufnahme Mikroorganismen (Rasterelektronenmikroskop)

 

Fluoreszenzbilder

Fluoreszenzbilder

 

Genetisches ?Fingerprinting¡° zum Nachweis von ?nderungen in der Zusammensetzung der Bioz?nose w?hrend eines Wiederanfahrens nach l?ngerem  Anlagenstillstand

Genetisches ?Fingerprinting¡° | Nachweis von ?nderungen in der Zusammensetzung der Bioz?nose w?hrend eines Wiederanfahrens nach l?ngerem  Anlagenstillstand

 

Korrosion an einer Pumpe und an der Verrohrung

Korrosion an einer Pumpe und an der Verrohrung

 

Fluid- und Filterprobe aus einer geothermischen Anlage. REM Aufnahme von einer Filterprobe mit Mikroorganismen und mineralischen Ausf?llungen

Fluid- und Filterprobe aus einer geothermischen Anlage. REM Aufnahme von einer Filterprobe mit Mikroorganismen und mineralischen Ausf?llungen

 

Weitere Informationen

Publikationen etc.

¡°How to avoid corrosion and scaling in ATES systems in Germany?¡° Vortrag von H. W¨¹rdemann, Co-Autoren: Christoph Otten, Beate Dassler, Tobias Lienen, Anne Kleyb?cker, Anja Narr, Anke Westphal, Stephanie Lerm and Sebastian Teitzauf dem Seminar: ULTIMATE Case Study Meeting "Heat recovery". 26.Feb. 2021

Der Geothermiekongress, DGK Nov. 2019

 

Der Geothermiekongress, DGK 2021

  • "Inhibierung von Biofilmbildung und mikrobiell induzierter Korrosion durch Hitzeschockbehandlung ¨C Experimente unter in-situ Bedingungen und in der technischen Anwendung" | Christoph Otten, Tobias Lienen, Anne Kleyb?cker, Beate Dassler, Sebastian Teitz, Monika Kasina, Kerstin Nowak, Hilke W¨¹rdemann | Extended Abstract und Online-Pr?sentation

 

beim Leibnitz-Informationszentrum Technik und Naturwissenschaften Universit?tsbibliothek (TIB)

Verbundvorhaben BioKS - Einfluss der Biofilmbildung auf Korrosion und Scaling in geothermischen Anlagen - in-situ Monitoring und Test von Gegenma?nahmen in Bypass-Systemen. Schlussbericht. W¨¹rdemann, Hilke / Striegel, Anja / Otten, Christoph et al. | TIBKAT | 2021

 

  • Christoph Otten ?Biofilme, Korrosion und Scaling in geothermischen Anlagen ¨C Bewertung verschiedener Gegenma?nahmen¡° (gemeinsame Betreuung mit Prof. Frank Schilling, KIT, Karlsruhe) | seit 2019
  • Dr.  Dipl.-Geo?kol. Anke Westpahl ?Einfluss mikrobieller Prozesse auf die Fluidchemie und den Betrieb geothermischer Anlagen¡° gemeinsam mit Prof. Ulrich Szewzyk, TU Berlin | 2012 - 2018

 

  • ?Einfluss der Biofilmbildung auf Korrosion und Scaling in geothermischen Anlagen ¨C in-situ Monitoring und Test von Gegenma?nahmen in Bypass-Systemen¡° BioKS ¨C Koordination Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum ¨C GFZ | Prof. Hilke W¨¹rdemann sowie Leitung Teilprojekt Inkubationsexperimente an HoMe

  • 352.000 €

  • 05/2016 ¨C 02/2020

 

»Ê¹Ú×ãÇòÌåÓý_×ãÇò±È·ÖÖ±²¥£¤Öйú¾º²ÊÍø

Prof. Dr. Hilke W¨¹rdemann
Professur f¨¹r Umwelttechnik/Wasser- und Recyclingtechnik
Raum: Hg/D/0/10
Telefon: +49 3461 46-2019

Bilder: Unsplash | Pexels

Projektbilder: Prof. Dr. Hilke W¨¹rdemann | HoMe

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