Das Projekt "Projekt UR V: COGITO ERGO SUM; CO2-Gas Injektion: Erweiterung der Gestaltungs-Optionen für Speicherung und Monitoring am Standort Ketzin - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Übergeordnete Gesamtziele der wissenschaftlichen Arbeiten am CO2-Speicherstandort Ketzin sind die Verifikation und Verbesserung von Methoden zur Beobachtung und Quantifizierung des injizierten CO2. Die im Rahmen des EU-Projekts CO2SINK begonnenen Arbeiten sollen mit dem Verbundprojekt CO2MAN fortgesetzt werden. Ziel des Vorhabens COGITO ERGO SUM ist es, die durch die Industriefinanzierung im Projekt CO2MAN geschaffene Basis zur CO2-Injektionsdauer zu verbreitern. Durch die Bereitstellung von zusätzlichem CO2 sollen insbesondere 1. die Flexibilität der monatlichen Injektionsraten erhöht, 2. die Gesamtlaufzeit der Injektionsphase verlängert und dadurch 3. erweiterte wissenschaftliche Untersuchungen ermöglicht werden. Die Bearbeitung des geplanten Vorhabens erfolgt innerhalb von zwei Arbeitspaketen und in enger Kooperation mit dem Verbundprojekt CO2MAN.
Das Projekt "Großskalige numerische Simulationen der Prozesse während der Speicherung von CO2 in geologischen Formationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung eines effizienten, parallelisierten Simulationsprogramms, das in der Lage ist das gesamte Spektrum an hydrologischen und geochemischen Prozessen, die für die Beschreibung der CO2 Injektion wichtig sind zu erfassen. Einerseits sollen großräumige Effekte (z.B. Druckerhöhungen) auf Gebieten von z.B. 30 km x 30 km x 300m abgebildet werden, andererseits müssen die Simulationszeiten ausreichend groß sein, um Effekte wie beispielsweise 'mineral trapping' zu simulieren. Die bereits vorhandenen Simulatoren können nur eine eingeschränkte Zahl an Prozessen abbilden. Das Ziel ist es, z.B. das CO2-Speicherpotential eines Reservoirs genauer vorhersagen zu können oder Informationen für ein effizientes Management der Speicherstätte zu liefern (z.B. über den Bau von Brunnen zur aktiven Druckregulierung). Darüber hinaus kann der entwickelte Simulator für Risikoabschätzungen bestimmter Speicherstätten verwendet werden. Als Basis für die Entwicklung wird die mathematisch-numerische Plattform DUNE und der Simulator DuMux verwendet.
Das Projekt "Ein integrativer Ansatz für Konditionierung, robustes Design und Regelung im Untergrund" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. Für Fragestellungen bezüglich des Untergrundes ist es offensichtlich, dass die Unsicherheit von Vorhersagen beziffert und Risiken quantifiziert werden müssen. Weitergehende Herausforderungen, wie zum Beispiel Kalibrierung, Auslegung, Monitoring und Regelung müssen Unsicherheiten ebenso erfassen und ihnen gegenüber robust sein. Monte-Carlo Simulationen sind wegen ihrer Einfachheit und Vielseitigkeit für solche Fälle sehr populär. Sie bringen jedoch enormen Rechenaufwand mit sich, der bei Kopplung an weitergehende Herausforderungen absolut untragbar werden kann. Polynomiale Chaos-Expansionen sind wesentlich effizienter und erhalten daher zurzeit eine schnell ansteigende Aufmerksamkeit. Jedoch gibt es bislang nicht ausreichend viele Studien, die sie für Kalibrierungs-, Optimierungs- und Regelungsprobleme zugänglich gemacht hätten. Die beantragte Arbeit wird Polynomiale Chaos-Expansionen weiterentwickeln und vorantreiben, um einen integrativen, effizienten Ansatz für alle weitergehenden Herausforderungen zu schaffen. Eine integrative response surface wird das Systemverhalten unter allen möglichen Werten von unbekannten Materialparametern, Auslegungs- und Regelungsgrößen annähern, wodurch sich Rechenzeiten von Stochastik und Optimierung nicht mehr miteinander multiplizieren. Dank des drastischen Zugewinns an rechnerischer Effizienz wird dies endlich ermöglichen, weitergehende Herausforderungen trotz Unsicherheit für komplexe, großskalige und reale Probleme im Untergrund durchzuführen. Als Anwendungsbeispiel wird CO2-Injektion in den Untergrund dienen. Standortwahl, Auslegung und Regelung der Injektion sowie Monitoring des CO2-Aufstiegs zur Oberfläche wird auf probabilistischer Basis durchgeführt, um die involvierten Risiken besser beziffern, handhaben und minimieren zu können.