Permeabilitätsveränderungen während der Durchströmung – provozierte Mineralausfällungen in porösen Medien

Pia Orywall1, Dietmar Kuhn1, Thomas Kohl2
1 KIT, Institut für Kern- und Energietechnik
2 KIT, Institut für Angewandte Geowissenschaften - Abteilung Geothermie

O 5.6 in Tiefe Georeservoire - Synergien und Nutzungskonflikte

16.04.2016, 11:00-11:15, Audimax B, Geb. 30.95

 

 

In geothermischen Kreisläufen, die der Energiegewinnung dienen, sind geochemische Veränderungen der geförderten Wässer unumgänglich. Das Fluid wird dabei obertägig einer Druckentlastung und Temperaturerniedrigung unterzogen, wodurch das ursprüngliche, im Gleichgewicht befindliche Wasser, modifiziert wird. Der Sättigungsgrad einzelner Mineralphasen wird dadurch in den Bereich der Übersättigung verschoben und Ausfällungen sind die Folge. Bei der Betrachtung von einigen Geothermieanlagen bestehen diese Präzipitationen zumeist aus Baryt (BaSO4) und Calcit (CaCO3).

Ein experimentelles Forcieren solcher Ausfällungen wird in dem Versuchsstand „HydRA“ (am KIT in Karlsruhe) durchgeführt. Dies ist eine Durchflussapparatur, in der geothermische Bedingungen bis in eine Tiefe von 4 km mit einem Temperaturmaximum von 250 °C simuliert werden können. Es werden, auf Basis einer salinaren Matrix, zwei verschiedene Lösungen angesetzt und diese unter kontrollierten Bedingungen zusammengeführt. In der resultierenden dritten Lösung wird dadurch eine definierte Übersättigung an der zu beobachtenden Mineralphase hervorgerufen. Der Durchfluss erfolgt mit dieser dritten Lösung und hat zur Folge, dass in dem Probenkörper Ausfällungen herbeiführt werden.

Untersuchungen zielen dabei auf die Effekte bezüglich der Reaktionskinetik des zu betrachtenden Minerals. Des Weiteren wird der Mechanismus (homogen / heterogen) der Keimbildung untersucht, der zu einem fortführenden Kristallwachstum führen kann. Variable Einflussparameter sind dabei der Grad der Übersättigung, sowie die Geräteparameter Druck und Temperatur. Ein inerter Probenkörper dient dabei in der ersten Phase dem Grundverständnis genau dieser beschriebenen Reaktionen. Natürliche Reservoirgesteine, wie Buntsandstein, Kalkstein und kristallines Gestein, werden in einem nächsten Schritt in die Durchflusszelle eingebaut, um mögliche geochemische Veränderungen der Gesteinsmineralogie zu untersuchen.

In geothermischen Anlagen ist eine dauerhafte und störungsfreie Energieproduktion angestrebt, da Geothermie u.a. die Grundlastfähigkeit als herausstechendes Merkmal gegenüber anderen erneuerbaren Energien aufweist. Die Resultate dieser Untersuchungen soll genau dies unterstützen. Ein, auf die standortspezifische Hydrochemie, angepassten Anlagenbetrieb kann individuell experimentell nachgebildet werden.



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