18.03.2015: Eine Arbeitsgruppe von Wissenschaftlern des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ hat eine neue Methode entwickelt, rechenzeitintensive computergestützte Modellierungen der geologischen Speicherung des Treibhausgases CO2 deutlich zu verkürzen.
Die nachhaltige Nutzung des unterirdischen Raumes erfordert Langzeitprognosen über Veränderungen, die dabei im Gestein vor sich gehen. Chemische Reaktionen bei Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen spielen dabei eine wesentliche Rolle. Hier geht es aber um lange Zeiträume und eine Vielzahl an beteiligten chemischen Vorgängen, Wechselwirkungen und Transportprozessen. Ohne Computersimulationen sind diese quantifiziert nicht möglich. Selbst moderne Großrechner sind aber aufgrund der benötigten Rechenzeit bislang nicht in der Lage, räumlich hochaufgelöste voll gekoppelte Prozesssimulationen für Zeiträume von 10.000 Jahren zu lösen.
Der Geoforscher Marco De Lucia und seine Kollegen der GFZ-Sektion "Hydrogeologie" haben nun eine neue, vereinfachte Methode zur Berechnung der komplexen Vorgänge in CO2-Speichersystemen entwickelt,welche unter bestimmten Bedingungen die Berechnung drastisch beschleunigen kann. Die Reaktionswege in den komplexen Modelrechnungen wiesen nämlich einen hohen Grad an Selbstähnlichkeiten auf, eine wesentliche Voraussetzung zur Minimierung der benötigten Modellparameter.Die Voraussetzung für solche vereinfachten Berechnungen ist vor allem, dass das CO2 die einzige Antriebskraft für die chemischen Reaktionen darstellt. Zudem wird angenommen, dass der Weg des CO2 im Reservoir nur unwesentlich durch seine eigenen Mineralisierungsreaktionen beeinflusst wird. In dem Verfahren erfolgt die Kopplung nur in eine Richtung, nämlich von den hydrodynamischen Prozessen zu den chemischen Reaktionen, aber nicht umgekehrt.
Die aufgrund dieser Annahmen entstehenden Ungenauigkeiten in den Berechnungen können aber in Kauf genommen werden. Modellrechnungen für den Pilotstandort Ketzin mit diesem vereinfachten Ansatz und der Vergleich mit voll gekoppelten Simulationen zeigten nämlich, dass diese Unsicherheiten mehr als akzeptabel sind. Die alternative Kopplung ermöglicht es also, chemische Reaktionen zeitlich und räumlich hoch aufgelöst mit einem Bruchteil der Berechnungszeit voll gekoppelter Modelle zu beschreiben.
M. De Lucia, T. Kempka, and M. Kühn: “A coupling alternative to reactive transport simulations for long-term prediction of chemical reactions in heterogeneous CO2 storage systems”, Geosci. Model Dev., 8, 279-294, 2015, doi:10.5194/gmd-8-279-2015
