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The MIDAS project addresses fundamental environmental issues relating to the exploitation of deep-sea mineral and energy resources; specifically polymetallic sulphides, manganese nodules, cobalt-rich ferromanganese crusts, methane hydrates and the potential mining of rare earth elements. These new industries will have significant impacts on deep-sea ecosystems, in some cases extending over hundreds of thousands of square kilometres. Scientific knowledge is needed urgently to develop guidelines for industry ensuring wealth creation and Best Environmental Practice. MIDAS will assess the nature and scales of the potential impacts including 1) physical destruction of the seabed by mining, the creation of mine tailings and the potential for catastrophic slope failures from methane hydrate exploitation, 2) the potential effects of particle-laden plumes in the water column, and 3) the possible toxic chemicals that might be released by the mining process. Knowledge of the impacts will be used to address the key biological unknowns, such as connectivity between populations, impacts of the loss of biological diversity on ecosystem functioning, and how quickly the ecosystems will recover. The information derived will be used to guide recommendations for best practice, iterating with MIDAS industry partners and the wider stakeholder community to ensure that solutions are practical and cost-effective. We will engage with European and international regulatory organisations to take these recommendations forward into legislation in a timely fashion. A major element of MIDAS will be to develop methods and technologies for 1) preparing baseline assessments of biodiversity, and 2) monitoring activities remotely in the deep sea during and after exploitation (including ecosystem recovery). The MIDAS partnership represents a unique combination of scientists, industry, social scientists, legal experts, NGOs and SMEs.
Methan wirkt als starkes Treibhausgas, wenn es in die Atmosphäre gelangt. In den vergangenen Jahren wurden an vielen Kontinentalrändern weltweit submarine Methanquellen am Meeresboden mit Methanhydratabbau in den Sedimenten aufgrund von Temperaturerhöhungen in Zusammenhang gebracht. Ziel des Vorhabens ist es, das Wechselspiel von Gasblasenaustritten und Vorkommen von Gashydraten in einer Schlüsselregion, dem Hydratrücken nordwestlich der USA zu verstehen und die Menge an austretenden Gas zu bestimmen. Dazu sollen Sonar-Systeme sowie eine Kamera und eine CTD (Messung von Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff) am Meeresboden installiert und an das NSF finanzierte Tiefseekabelnetzwerk, der Ocean Observatory Initiative (OOI) angeschlossen werden. Damit sind langfristige Methanemissionsmessungen auf dem südlichen Hydratrücken erstmals möglich und werden hier vorgeschlagen. Gesamtziel des Vorhabens ist es, mittels modernster Sonarsysteme die Veränderungen der Gasblasenaustritte in Echtzeit zu dokumentieren und die Menge an austretenden Methan abzuschätzen. Das Projekt ist eine technologische Innovation und bindet sich ein in ein weltweit einmaliges Vorhaben, die Veränderungen in der Tiefsee mittels verkabelter Observatorien kontinuierlich zu beobachten. Es ist geplant zwei Sonarsysteme am Meeresboden zu installieren, um die Gasblasenaustritte am Hydratrücken kontinuierlich zu registrieren und zu quantifizieren. Die hochwertigen Geräte müssen in Rahmenkonstruktionen integriert und mit elektronischen Zusatzkomponenten für die Einbindung in das OOI Tiefseenetzwerk versehen werden. Die Geräte werden mit Hilfe eines Tauchroboters am Meeresboden installiert und in das Tiefseenetzwerk eingebunden, damit ist die kontinuierliche Messung in Echtzeit möglich. Weiterhin soll eine Visualisierung der Sonardaten in Echtzeit im Internet realisiert werden. Die kontinuierlichen Messungen am Meeresboden werden ergänzt durch Begleituntersuchungen im Rahmen von Schiffsexpeditionen.
In Teilprojekt 3: Erdgasproduktion aus Gashydraten, sollen Erschließungs- und Produktionstechniken für marine Gashydratlagerstätten entwickelt werden. Dies soll am konkreten Beispiel der Gashydratvorkommen im Donau-Tiefseefächer erfolgen, da die in der 3. Projektphase geplanten Entwicklungen zum einen konkrete Spezifikationen der Gegebenheiten einer Lagerstätte erfordern und zum anderen der Donau-Tiefseefächer als Zielgebiet für den Feldtest im Rahmen eines Europäischen Projekts im Anschluss an die 3. Projektphase angedacht ist. Es soll gezeigt werden, dass die Erdgasgewinnung aus diesen Gashydrat-Lagerstätten nicht nur technisch machbar sondern auch wirtschaftlich umsetzbar ist. Das Teilprojekt gliedert sich in drei Arbeitspakete: AP1, AP2 und AP3. Das AP2.1a beschäftigt sich mit der Erstellung von technischen Konzepten für Sandkontrollmaßnahmen. Ziel sollte es dabei vordringlich sein, neue praxisorientierte Systeme zu entwickeln, die eine kommerzielle Anwendung der Sandkontrolle beim Gashydrat ermöglichen. In AP2.1b wird gezielt ein optimales und geeignetes Förderhilfsmittel unter unterschiedlichen Bedingungen ausgesucht. In AP3.1 werden Welltest Modelle ermittelt und erweitert und letztendlich eine Auswertungssoftware entwickelt. In AP3.2 werden Wirtschaftlichkeitsberechnung zum Produktionsszenario durchgeführt.
Ziel von Teilprojekt 4 im Rahmen von SUGAR-III ist die Entwicklung und der Test von Technologien und Strategien zur Umweltüberwachung für Gashydratexplorationsbohrungen und Gashydratförderung. Hierzu gehören einerseits schiffsbasierte Methoden (fächerecholotgestützte Gasblasenerkennung, kamerageführte CTD) als auch stationäre Messsysteme zur Leckagefrüherkennung und Leckagequantifizierung. CONTROS ist im Rahmen von TP4 federführend an der Anpassung der kamerageführten CTD, der Optimierung der CO2 und CH4 Sensoren, der Entwicklung eines Sensorsystems zur Überwachung der Fördereinrichtungen am Meeresboden und dem Aufbau eines stationären System zur Quantifizierung von Gasaustrittstellen beteiligt. Außerdem wird CONTROS eine Software aufbauen, die in der Lage sein wird, alle Sensordaten aller umweltrelevanten Sensoren aufzunehmen und in einer Datenbank abzulegen. Gleichzeitig werden die Daten online ausgewertet um eventuelle Leckageverdachtsstellen, basierend auf Daten aus der fächerecholotbasierten Blasenerkennung, in Echtzeit anzeigen und, basierend auf eventuell bereits existierenden historischen Daten, als bereits identifiziert einordnen zu können. Eine nachträgliche Analyse der Daten (zum Beispiel nach Bergung des Landersystems und Einspeisung der Daten in die Software) ist ebenfalls Bestandteils des Programms. Im Rahmen von COUBS werden zwei Arbeitspakete (AP 2-1 & AP 3-1) von Anfang bis Ende Parallel bearbeitet, da diese inhaltlich voneinander nicht abhängen. Auch die Entwicklung der Sensorpakete und des Landers (inklusive Messkette) sind nicht primär mit der Entwicklung Optimierung der pCO2 und CH4-Sensoren verknüpft da hier im Zweifelsfall die bereits bestehenden Sensoren verwendet werden können um die Systeme zumindest technisch aufzubauen und die jeweilige Firmware zu entwickeln.
Die Wellenforminversion (engl. Full-Waveform-Inversion, FWI) ist eine neue Technologie, die den vollständigen Informationsgehalt seismischer Registrierungen nutzen kann. Es können mit dieser Technologie hochaufgelöste Multiparametermodelle der viskoelastischen Kenngrößen der durchschalten Sedimente rekonstruiert werden. Die am KIT erfolgreich erprobte FWI-Technologie wird im Rahmen von SUGAR auf die OBS-Daten der Ausfahrten MSM34&35 zur Charakterisierung der Gashydrate im SUGAR Feldlabor Donaudelta angewendet werden. Zur Generierung der Startmodelle und Randbedingungen für die FWI werden die Joint-Inversion von CSEM und Seismik sowie die Strukturmodelle der Reflexionsseismik einbezogen. Es kommen verschiedene FWI-Methoden mit zunehmender Komplexität zum Einsatz: a) die 2-D akustische FWI, b) die 2-D elastische FWI, c) die 2-D viskoelastische FWI und d) die 3-D akustische FWI. Das Potential einer kombinierten Inversion von P-Cable und OBS-Daten wird studiert und ggf. realisiert. Die mit der FWI rekonstruierten Multiparametermodelle der Wellengeschwindigkeiten von P- und S-Wellen, der Dämpfung sowie ggf. der Dichte ermöglichen eine weitergehende Reservoircharakterisierung, wie zum Beispiel die Abschätzung des Gasgehaltes sowie der Hydratsättigung im Bereich des BSSR. Die hochaufgelösten Geschwindigkeitsmodelle verbessern außerdem die Abbildung der sedimentären Strukturen im Messgebiet.
Prinzipielles Ziel ist die Entwicklung eines Triaxialsystems zur Analyse von Gashydratkernen unter in situ Bedingungen mittels hochauflösender Mikro-CT. Mit diesem System wird es erstmals möglich sein, Proben unter hohem Druck (hier 400 bar), Reservoir-Temperaturen (hier 0°C) im Mikrometerbereich zu analysieren. Im ersten Schritt des Projektes wird die prinzipielle Auslegung des Systems festgelegt. Dazu gehören die Dimensionierung der mechanischen, elektromechanischen und hydraulischen Komponenten, die Anpassung des innenliegenden Injektionssystems, als auch die daraus resultierende Konstruktion des CT-Systems. In diesen Zeitraum fällt auch die Entwicklung der Composite-Zelle, des Transfersystems (Corsyde), des Injektionssystems und der neuartigen CO2-Gas-/Fluidpumpe. Zu Beginn des Projektes sind CT-Testmessungen und Simulationen an Proben geplant, die eine ähnliche Struktur/Chemismus haben wie ein Hydratsystem, z.B. Sand/Eiswassergemische, um die prinzipielle Auslegung von Röntgenquelle und -detektor zu ermitteln. Aufgrund dieser Versuche und Simulationen wird das Setup und Design der Anlage in Abhängigkeit von den vorgegebenen Dimensionen des Triaxialsystems ermittelt. Anschließend muss ein Zeitraum von 4-8 Monaten für die Lieferung der Röntgenquelle und des Detektors eingeplant werden, in dem auch die Kinematik zur Führung des CT-Systems geplant und konstruiert wird. Nach der Planung der Gesamtkonstruktion des Triaxialsystems fällt eine mehrmonatige Phase der Fertigung der Einzelkomponenten an, an die eine je 4 wöchige Montage- und Testphase angeschlossen. In der Optimierungsphase werden die einzelnen Komponenten auf die speziellen Anforderungen in diesem Projekt angepasst. Die mögliche Dekomposition der Probe während des Versuchsablaufs erfordert eine Optimierung von mechanischen und elektromechanischen Komponenten, der Steuerungssoftware als auch des CT-Systems. Diese Phase wird in enger Kooperation mit dem GEOMAR durchgeführt.
Sonarsysteme sind eine wichtige Komponente von Umweltbeobachtungssystemen im Unterwasserbereich, die darauf abzielen, mögliche Leckagen bei der Erschließung und Förderung submariner Hydratlagerstätten frühzeitig und flächendeckend zu detektieren und Leckageraten zu quantifizieren. Mit Hilfe von schiffsgestützten Echolotsystemen können Gasblasen-Austritte am Meeresboden großflächig und effiziert lokalisiert und detektiert sowie durch eine optimierte Auswertung identifiziert und quantifiziert werden. Im Rahmen von Teilprojekt 4 des Sugar III-Projektes (Technologien und Strategien zur Umweltüberwachung) soll eine Routine zur automatischen Gasblasen-Detektion entwickelt werden, bei der Algorithmen für die Blasenbestimmung optimiert und in generisch nutzbare Funktionen überführt werden sollen. An hydroakustisch lokalisierten Austrittsstellen sowie an 'Schwachstellen' wie z.B. der Förderbohrung, sollen stationäre Überwachungssysteme permanent oder zumindest für einen bestimmten Zeitraum installiert werden, bei denen ein horizontal ausgerichtetes Echolot eine wichtige Komponente darstellt. Auch für diesen lander-basierten Teil soll die Auswertung der Sonaraten zur Detektion und Identifizierung von Gasblasen und zur Abschätzung der Leckageraten optimiert werden. Schließlich soll eine 'Subsea-Intelligence' entwickelt werden, die sowohl das schiffsgestützte als auch das lander-basierte System in die Lage versetzt, autonom Gasaustritte als Leckagen zu identifizieren und von anderen Objekten in der Wassersäule fehlerfrei zu unterscheiden. Die einzelnen Komponenten sollen im Rahmen des Teilprojektes möglichst zeitnah getestet und ggfs. weiter optimiert werden, so dass sie letztlich in das gesamte Umweltüberwachungssystem integriert und als komplette Applikation getestet werden können.
Das Vorhaben trägt inhaltlich zum Teilprojekt 3 des Verbundprojektes SUGAR III-B (BMWi) bei. In der 3. Phase des Projekts werden Gashydrat-Schlüsseltechnologien weiterentwickelt, die für die Erdgasproduktion aus marinen Gashydratvorkommen unverzichtbar sind und die besten Verwertungschancen für die am SUGAR-Konsortium beteiligten Firmen bieten. Es sollen wirtschaftliche und nachhaltige Erschließungs- und Produktionstechniken für marine Gashydratvorkommen entwickelt werden. Dies soll am konkreten Beispiel der Vorkommen im Donau-Tiefseefächer erfolgen. Fraunhofer UMSICHT wird technisch umsetzbare Strategien zum Abbau mariner Gashydratvorkommen entwickeln, numerisch simulieren und evaluieren, sodass grundlegende Aussagen über die Wirtschaftlichkeit und Effizienz der betrachteten Verfahren im Schwarzen Meer und des marinen Gashydratabbaus allgemein gemacht werden können. Im Fokus der geplanten Arbeiten steht die wirtschaftliche Bewertung konkreter Business Cases zum Abbau mariner Gashydratvorkommen im Hinblick auf technologische, geologische, ökologische sowie ökonomische Aspekte. Neben der Ermittlung optimaler Betriebsparameter für den Abbau und der Entwicklung wirtschaftlicher und nachhaltiger Strategien für die komplette Produktionskette (von der Lagerstätte bis zum Abnehmer) sollen ebenfalls vorbereitende Überlegungen, Planungen und Simulationen für den späteren Feldtest durchgeführt werden (Well-Testing) sowie die Sandproblematik beim Hydratabbau betrachtet werden.
Das Teilprojekt 2: 'Explorationsbohrtechnik' des Forschungsvorhabens SUGAR III hat als Zielsetzung, ein submarines Explorationsbohrgerät zu entwickeln, welches die Anforderungen einer industriellen Exploration im Vorfeld einer kommerziellen Methangashydrat-Förderung erfüllt. Das Ziel der BAUER Maschinen GmbH ist dabei die Entwicklung einer automatisierten und industriell einsetzbaren Steuerung für ein solches Explorationsbohrgerät für Gashydrat-Lagerstätten. Prototypisch wird diese Automatisierung im Rahmen des Projekts für das bei MARUM verfügbare MeBo200 entwickelt und umgesetzt. Die erarbeitete Systemarchitektur und die entwickelten Automatisierungsansätze werden aber allgemein auf maritime Explorations-Bohrgeräte übertragbar sein. Auf dem Weg zu diesem Gesamtziel sollen folgende Teilziele erarbeitet werden: - Entwicklung einer industriell nutzbaren und effizienten Basisteuerung für MeBo in Kooperation mit MARUM - Einbindung der Steuerung und der Datenerfassung/-anzeige in die Peripherie (Schiff, Winde, ) - Umsetzung eines industriell einsetzbaren Sicherheitssystems für den Betrieb an Deck und die Fahrer - Implementierung eines für die Rohstoffexploration angepassten Monitorings des Bohrablaufs - Automatisierung von Gestänge-Handling, Ziehen des Bohrstrangs und Kameraüberwachung. Die Automatisierung weiterer Prozesse wird im kleinen Rahmen ebenfalls untersucht.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 54 |
| Europa | 1 |
| Wissenschaft | 46 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 3 |
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 53 |
| Taxon | 2 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 58 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 51 |
| Englisch | 8 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Datei | 1 |
| Keine | 10 |
| Unbekannt | 2 |
| Webseite | 45 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 58 |
| Lebewesen und Lebensräume | 53 |
| Luft | 41 |
| Mensch und Umwelt | 58 |
| Wasser | 52 |
| Weitere | 58 |