Carbon-dioxide storage in the subsurface: A fully coupled analysis of transport phenomena and solid deformation

Im Rahmen der CO2-Speicherungsproblematik wird angenommen, dass die geologische Speicherung von Kohlendioxid eine vielversprechende Technologie zur Reduktion von atmosphärischen CO2 Emissionen ist. Es existieren verschiedene Arten von geologischen Formationen, die für die CO2 Endlagerung zur Verfügung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Reservoire, unter anderem in tiefen salinen Aquiferen, betrachtet. Die Vorteile dieser Lagerung im Vergleich zu anderen sind die relativ hohe Leistungsfähigkeit und die weltweite Verfügbarkeit. Die CO2-Verteilung über einen Aquifer hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, unter anderem von der Interaktion zwischen dem injizierten CO2 und den festen Partikeln im Aquifer, der Heterogenität in verschiedenen Skalen und der Schwerkraft. Forscher und Ingenieure betrachten die Verteilung von CO2 in einem Reservoir oft unter Vernachlässigung der thermischen, chemischen und mechanischen Kopplung der Prozesse. Diese Effekte können eine bedeutende Rolle in der CO2-Speicherung spielen und sind sehr komplex zu beschreiben. Die Besonderheit dieser wissenschaftlichen Arbeit liegt darin, dass neben der Untersuchung der Prozesse im Rahmen der Fluiddynamik und der Mehrphasenströmungen die mechanischen Effekte ebenfalls berücksichtigt werden. Insbesondere die Deformation von Festkörpern im Grundwasserleiter und der "cap-rock“ - Schicht sowie die Phasenumwandlung von überkritischem CO2 werden hier untersucht. Um diese Prozesse zu beschreiben, wird ein mehrphasiges Modell in einer kontinuumsmechanischen Betrachtungsweise im Rahmen der fundierten Theorie Poröser Medien (TPM) verwendet.