H2_ReacT 2: Transport von Wasserstoff in Gesteinen unter Berücksichtigung abiotischer und mikrobieller Redoxreaktionen

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H2_ReacT 2

H2_ReacT 2: Transport von Wasserstoff in Gesteinen unter Berücksichtigung abiotischer und mikrobieller Redoxreaktionen

01.09.2020 bis 31.08.2022


Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und der Lagerstätten des Erdöls und der Kohle
Lochnerstr. 4-20
52056 Aachen

Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), Sektion 4.8: Geoenergie
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) Hannover

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Nutzung unterirdischer Geosysteme

Die zunehmende Nutzung von Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen erfordert Optionen zur Zwischenspeicherung dieses Energieträgers und zu seiner Integration in existierende und neue regionale Energieversorgungssysteme. Eine dieser Optionen ist die temporäre Zwischenspeicherung von molekularem Wasserstoff (H2) in geologischen Formationen wie z. B. natürlichen Erdöl- und Erdgaslagerstätten sowie künstlichen Untergrund-Erdgasspeichern. Bisher sind Prognosen zum Langzeitverhalten geologischer Wasserstoffspeicher nur sehr eingeschränkt möglich. Es fehlen verlässliche Informationen zur Geschwindigkeit relevanter chemischer und mikrobieller Redoxreaktionen und zur Durchlässigkeit tiefer Gesteinsformationen für Wasserstoff.

Das Projekt H2_ReacT 2 behandelt, wie bereits das Vorgängerprojekt H2_ReacT, folgende Fragen:
• Welche chemischen und mikrobiologischen Reaktionen sind bei der temporären Speicherung von Wasserstoffgas im tiefen Untergrund zu erwarten?
• Wie wirken sich diese Reaktionen auf die Zusammensetzung des gespeicherten Gases aus?
• Welchen Einfluss haben sie auf die Speichereigenschaften (Porosität, Permeabilität) der Wirtsgesteine/Speichergesteine?
• Auf welcher Zeitskala laufen diese Reaktionen ab?

Zielsetzung ist die Erhebung verlässlicher experimenteller Daten und Kenngrößen zu Reaktivität und Mobilität molekularen Wasserstoffs im Zusammenhang mit der Nutzung des unterirdischen Raumes. Dabei werden sowohl abiotische chemische Reaktionen und mikrobielle Umsetzungen als auch Transportmechanismen des molekularen Wasserstoffs unter erhöhten (in situ) Druck- und Temperaturbedingungen betrachtet.

Basierend auf den in der ersten Projektphase gewonnenen Erkenntnissen und Erfahrungen wurde das Forschungsprogramm des H2_ReacT 2 Projekts angepasst. Die Arbeiten konzentrieren sich auf drei Schwerpunktthemen:

1. Gekoppelte Redox-Prozesse der Oxidation von Wasserstoff an Eisenoxidoberflächen
Untersuchung von Lösungs- und Fällungsreaktionen sowie der Ausbildung von Reaktionsfronten bei der Umsetzung von Eisenoxiden mit H2 bei niedrigen Temperaturen.

2. Einfluss der Geschwindigkeit von Lösungs- und Diffusionsprozessen auf die Verteilung und den reaktiven Umsatz von H2 in Porenspeichern beim Speicherbetrieb
Untersuchung des Übergangs von H2 Molekülen zwischen der Gasphase und wässrigen Phasen unterschiedlicher Zusammensetzung sowie des diffusiven Transports von gelöstem H2 in den wassergesättigten Porensystemen von Sedimentgesteinen.

3. Bedingungen und Auswirkungen mikrobieller Umsetzungen (z.B. Methanisierung, Sulfatreduktion, Bildung von Biofilmen) in Speichergesteinen
Erforschung des Einflusses hydrogenotropher Mikroorganismen auf den Porenraum und die Durchlässigkeit von Sedimentgesteinen.

Die Themen werden fachübergreifend und in enger Kooperation der beteiligten Arbeitsgruppen behandelt und sind formal wie folgt auf drei Institutionen aufgeteilt:

Niedrigtemperatur-Reaktionen und Transportprozesse von molekularem Wasserstoff in geologischen Systemen
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (RWTH)
• Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und Lagerstätten des Erdöls und der Kohle (RWTH-LEK)
• Ton- und Grenzflächenmineralogie (RWTH-CIM)

Aufklärung gekoppelter abiotischer Redoxprozessen während der Oxidation von Wasserstoff, dessen Lösungsgeschwindigkeit in Formationswasser sowie die Untersuchung mikrobieller Stoffumsätze in durchströmten Gesteinskernen
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover
• Anorganische Geochemie (BGR-GeoC)
• Geomikrobiologie (BGR-MiBi)

Bestimmung von H2-Löslichkeiten in natürlichen Fluid-Salz-Systemen unter Reservoirbedingungen sowie die Bestimmung von H2-Diffusionskoeffizienten in Gesteinen
• Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), Sektion 4.8: Geoenergien