Methodik

Zu Anfang des Projektes stehen die Konzeption und Evaluierung einer wirtschaftlichen und umweltfreundlichen UTV-CCS-Technologie im Vordergrund. Der zweite Schritt beruht auf der Vergasung von Kohleproben unter Laborbedingungen und den nachfolgenden Untersuchungen der Vergasungsrückstände sowie des Nebengesteins. Weiterhin werden die CO2-Speicherpotentiale in den vergasten Kohleflözen und dem umgebenden Nebengestein sowie die Wirtschaftlichkeit der konzipierten UTV-CCS-Technologie ermittelt. Das abschließende Arbeitspaket beruht auf der Parametrisierung von numerischen Simulationen auf der Grundlage der experimentellen Ergebnisse, um anschließend die CO2-Speicherpotentiale und die Injektivität der vergasten Kohleflöze zu verifizieren.

Konzeption UTV-CCS und Umweltverträglichkeit

Eine intensive Studie von nationalen und internationalen Publikationen und Berichten im Hinblick auf UTV-Techniken (Bohr-, Vergasungs- und Gasaufbereitungstechnik) und die nachfolgende Ausarbeitung und Bewertung einer realisierbaren UTV-CCS-Technologie im Hinblick auf die wirtschaftliche Effizienz und die Umweltverträglichkeit bilden den ersten Teil des Projektes.Die Umweltverträglichkeit der kontrollierten Anwendung der UTV-CCS-Technologie wird auf der Grundlage von international verfügbaren Daten bewertet. Weiterhin sollen Ansätze zum Schutz der Grundwasserhorizonte in den für die UTV-Technologie in Frage kommenden Regionen entwickelt werden. Die bisherigen internationalen Aktivitäten im Hinblick auf Konzeptentwürfe zur Kombination der UTV und CCS werden bewertet. Hierzu soll eine Detailstudie der bisherigen internationalen Projekte sowie ein Austausch mit internationalen UTV-CCS-Experten angestrebt, um bei einer Bewertung der UTV-CCS-Technologie alle relevanten Parameter und Einflussfaktoren berücksichtigen zu können.

Kohlevergasung

Probennahme, Vergasung und Analyse

Kohle- und Nebengesteinsproben aus den Deutschen Steinkohlerevieren werden genommen und anschließend vergast, um Rückstände herzustellen, welche mit den Rückständen des UTV-Prozesses vergleichbar sind. Die Proben des Nebengesteins und der vergasten Kohle werden in verschiedenen Laboren der RWTH Aachen im Hinblick auf die mineralische Zusammensetzung, den Kohlenstoffgehalt, die Vitrinitreflexion und die Mazeralzusammensetzung untersucht. Weiterhin sind geotechnische Experimente an den vergasten Kohleproben im Labor des LIH geplant, um die Scherfestigkeit und das Setzungsverhalten zu untersuchen. Die Porosität und Permeabilität der beiden Probenarten (Kohlen und Nebengestein) werden unter Berücksichtigung der in-situ Druckbedingungen mit bestimmt. Die CO2 und N2 Adsorption der beiden Probentypen wird bestimmt und die Ergebnisse der Sorptionsmessungen werden in numerische Multiphasen-Fluss-Modelle integriert.

Potentiale und Wirtschaftlichkeit

Auf der Grundlage der innerhalb des Projekts durchgeführten konzeptionellen und experimentellen Untersuchungen sowie den ersten erfolgreichen Modellierungsläufen werden die CO2-Einspar- und Speicherpotentiale für die Anwendung der entwickelten technologischen Ansätze zur kombinierten UTV und CCS berechnet. Die Wirtschaftlichkeit der entwickelten Ansätze zur Kombination der UTV mit der CCS wird unter Berücksichtigung der Marktentwicklung sowie der Investitions- und Betriebskosten kalkuliert.

Numerische Modellierung

Numerische Modellierung

Die Module des numerischen Softpaketes MUFTE_UG werden für die Integration der im Labor ermittelten Parameter und die Anpassung an die Problemstellung adaptiert. Hierzu erfolgt die Implementierung der CO2- und N2-Sorptionsprozesse als retardierende Faktoren im Hinblick auf den Gastransport im porösen Medium. Weiterhin soll eine ausgewählte Region für die Anwendung der kombinierten UTV-CCS-Technologie modelliert werden. Anschließend werden die Ergebnisse der im Rahmen dieser Studie durchgeführten experimentellen Untersuchungen und die bereits durchgeführter internationaler Vergasungsstudien für die Parametrisierung des Modells verwendet. Die Validierung der Ergebnisse erfolgt nach den ersten erfolgreichen Simulationsabläufen. Abschließend soll eine Sensitivitätsanalyse zur Untersuchung der Parameter in Abhängigkeit von ihrer Bedeutung für die CO2-Speicherpotentiale und die Speichersicherheit in vergasten Kohleflözen durchgeführt werden.