Verbundprojekt CLUSTER: Experimentelle mineralogisch-chemische und geomechanische Kombinationsuntersuchungen zur Wirkung unreiner CO2-Fluidströme auf Gesteine und Zemente im Injektionsbereich des Speichers

Ziele des Vorhabens CLUSTER sind die Erarbeitung von Kriterien und die Ableitung von Empfehlungen zur Definition von "Mindestzusammensetzungsschwellen" (vgl. EU-Richtlinie 2009/31/EC), denen abgeschiedene CO₂-Ströme unterschiedlicher Quellen für eine Zusammenführung in eine gemeinsame Transport- und Speicherinfrastruktur genügen sollen. Als Grundlage für die Ableitung von Kriterien und Empfehlungen soll als Modellszenario ein repräsentativer regionaler Cluster unterschiedlicher CO₂-Quellen betrachtet werden, deren abgeschiedene CO₂-Ströme in einem Pipelinenetz zusammengefasst transportiert und in einen geologischen Speicher injiziert werden. Die CO₂-Ströme der unterschiedlichen Quellen sollen verschiedene Begleitstoffe enthalten. Die seitens der MLU durchzuführenden experimentellen Untersuchungen beziehen sich auf einige der verschiedenen Einzelprozesse bei der Injektion in den geologischen Speicher und sollen dazu dienen, das Gesamtmodell mit experimentell validierten Daten bzw. Informationen, z. B. zu Abhängigkeiten bzw. Steuergrößen, zu beliefern.
Im Rahmen der vorausgegangenen mineralogisch-geochemischen und geomechanischen Kombinationsuntersuchungen wurden experimentelle Einrichtungen (Autoklaven für Durchströmungs- und Batchtests, Triaxialzelle) für den scCO2-Betrieb ertüchtigt, welche eingesetzt werden können, um unter kontrollierten pT-Bedingungen konditionierte Prüfkörper (natürliche oder künstliche Gesteine/Zemente) hinsichtlich der relevanten Alterationsprozesse mineralogisch/chemisch und mechanisch zu prüfen. Der Focus bei derartigen Kombinationsuntersuchungen soll auf Veränderungen im Porenraumsystem gerichtet sein, welches mit verschiedenen Methoden (Digitalmikroskopie, REM- und CT-Untersuchungen) vor und nach entsprechenden scCO2- Einwirkungen im Skalenbereich von µm auf Reaktionsbereiche hin untersucht werden soll. Aus solchen Mineralreaktionen in der Berandung des Porenraumnetzwerkes soll auf langfristige Veränderungen von Porosität und Permeabilität geschlossen werden. Veränderungen im Mineralbestand und Chemismus werden durch mikromineralogische und chemische Methoden eingegrenzt. Solche Veränderungen werden kurzfristig auch durch Änderungen des mechanischen Gesteinsverhaltens reflektiert, über deren Auswirkungen besonders in der Injektionsbohrung durch geomechanische Modellierungen Aufschluss zu erhalten ist. Wesentlicher Vorteil solcher Kombinationsexperimente und analysen ist die definierte und möglichst eindeutig gezielte Einwirkung auf die Prüfkörper (Gesteine, Zemente) einerseits und die unmittelbare Reaktionsuntersuchung mittels einer variablen Palette möglicher Analyse- und Beobachtungsmethoden im Porenraumsystem. Daraus folgt dann die theoretische Verallgemeinerung bzw. Modellierung der Reaktionsprozesse.