Angewandte Geochemie

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

Kurzbeschreibung

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. Negative Auswirkungen auf die Aquiferpermeabilität und technische Infrastruktur gefährden die langfristige Betriebssicherheit von ATES-Anlagen. Darüber hinaus können veränderte thermodynamische oder Redox-Bedingungen zur Mobilisierung von im Untergrund vorhandenen Schadstoffen wie Arsen führen. Ziel des Projekts UnClog-ATES ist es, ein umfassendes Verständnis über Ausfällungs- und Lösungsprozesse in ATES-Systemen sowie die daraus resultierende Schadstoffdynamik im Untergrund zu gewinnen und spezifische Gegenmaßnahmen zur Erhöhung der Betriebssicherheit zu entwickeln.

Partner

Koordination:

  Prof. Dr. Thomas Neumann, Dr. Ferry Schiperski (TU Berlin)

Teilprojektleitung:

  Prof. Dr. Dirk Wagner (GFZ Potsdam)

  Prof. Dr. Traugott Scheytt (TU Bergakademie Freiberg)

Ziele

Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist die Abschätzung des Clogging-Potentials von ATES-Systemen unter Berücksichtigung der jeweiligen lokalen Gegebenheiten (Betriebsstrategie, Mineralogie, Hydrogeologie, Mikrobiologie). Das interdisziplinär ausgerichtete Verbundvorhaben konzentriert sich auf die Untersuchung von Mineralausfällungen und der Entwicklung von Biofilmen unter variablen biogeochemischen Bedingungen in zwei unterschiedlichen ATES-Systemen. Daran gekoppelt ist die Freisetzung von Schadstoffen, die ebenfalls ein Risiko für die Betriebssicherheit darstellt und Gegenstand der Forschung im Projekt ist. Damit soll die Auswahl der Standorte für ATES unterstützt und ungeeignete Standorte aussortiert werden. Darüber hinaus sollen innovative technologische Ansätze (CO 2 -Einleitung, Kohlenstoff-Zugabe, Anorganische Inhibitoren) und optimierte Betriebsbedingungen von ATES helfen das Clogging-Potential zu verringern bzw. Fließpfade wiederherzustellen. Unter Nutzung des geo- und biowissenschaftlichen Forschungsansatzes sollen folgende Fragestellungen verfolgt werden:

  • Mit Hilfe einer hydrogeochemischen reaktiven Stofftransportmodellierung soll ein quantitatives Verständnis des Einflusses entscheidender physico-chemischer Bedingungen und der Betriebsbedingungen auf Lösungs- und Wiederausfällungsprozesse gewonnen werden
  • Ein Anwendermodell soll Entscheidungshilfe bei der Auswahl potentiell geeigneter/ungeeigneter Standorte, basierend auf der Betriebsart und den biogeochemischen und hydrogeologischen Gegebenheiten, geben
  • Ein numerisches Experten-Modell, das sowohl die Betriebsart als auch die biogeochemischen-hydrogeologischen Bedingungen berücksichtigt, soll die Prognose untermauern
  • Eine umfassende molekularbiologische Charakterisierung des Gesteins vor, während und nach den Experimenten soll bisher nicht vorhandene Daten zur Dynamik der mikrobiellen Gemeinschaften liefern, um die geochemischen und mineralogischen Veränderungen besser zu verstehen und darauf basierend Prognosen zu möglichen Betriebsstörungen erstellen zu können.

Teilprojekte und Arbeitsgruppen

Prof. Neumann & Dr. Schiperski (TUB)

Die Arbeitsgruppe von Prof. Neumann und Dr. Schiperski führt Experimente durch und modelliert die Auswirkungen von ATES auf siliziklastische Grundwasserleiter. Es werden numerische Modelle zur Clogging-Risiko aufgestellt. Weiterhin wird die mögliche Mobilisierung von Schadstoffen durch ATES untersucht.

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Projektbearbeiter (TUB)

M.Sc. Martin Gitter

M.Sc. Tatjana Kliwer

Prof. Dr. Traugott Scheytt (TU Bergakademie Freiberg)

Die Arbeitsgruppe von Prof. Scheytt führt Experimente durch und modelliert die Auswirkungen von ATES auf karbonatische Grundwasserleiter. Es werden Gegenmaßnahmen zum Clogging entwickelt und validiert.

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Projektbearbeiter (TUBAF)

M.Sc. Leonie Gabler

Prof. Dr. Dirk Wagner (GFZ Potsdam)

Die Arbeitsgruppe von Prof. Wagner befasst sich mit der Analytik und Bewertung des Einflusses auf und durch mikrobielle Aktivitäten Während ATES.

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Projektbearbeiter (GFZ Potsdam)

Dr. Julia Mitzscherling

Förderung