Forschung zur untertägigen Wasserstoffspeicherung - Methodische Entwicklungen und Stand der Forschung im Rahmen vom BGR‐Projekt BiMiAb‐H₂

Die Nationale Wasserstoffstrategie (NWS) verfolgt das Ziel, durch einen schnellen Markthochlauf grünen Wasserstoff als Schlüsseltechnologie für die Energiewende zu etablieren und damit zum Erreichen der Klimaziele wesentlich beizutragen.
„Geowissenschaftliche Beiträge zur Umsetzung der nationalen Wasserstoffstrategie“ stellen das Handlungsfeld der BGR dar, in dessen Rahmen das Projekt „Bildung, Migration und Abbau von Wasserstoff“ entwickelt wurde. Mit Hinblick auf die untertägige Wasserstoffspeicherung (UHS) werden für deutsche Untergrundspeicheroptionen typische Gesteinsformationen und relevanten Gestein‐Fluid‐Kombinationen untersucht.

Das Projekt ist in drei Teilprojekte untergliedert:

Philipp Weniger: Migration von Wasserstoff in Speichergesteinen und durch Deckschichten

Nach der Identifizierung der für Untergrundgasspeicherung nutzbaren geologischen Formationen wurden aus einer Auswahl repräsentativer Speicher‐ und Deckgesteine Proben aus Bohrkernen (Öl‐ und Gasindustrie, Speicherbetreiber) gesichert und präpariert.
Zur Bearbeitung werden neue experimentelle Aufbauten etabliert, um Transportprozesse von Wasserstoff in UHS zu untersuchen. Durch die Experimente werden Daten zur Durchlässigkeit von Speicher‐ und Deckschichten gewonnen, die grundlegend für die Beurteilung von untertägige Wasserstoff‐Speichern sind. Dabei wird ein Schwerpunkt auf dem Vergleich der Durchströmbarkeit von Porenspeichergestein mit und ohne mikrobiellem Wachstum im Gestein liegen, um das Ausmaß der Auswirkungen möglichen mikrobiellen Wachstums in Porenspeichern auf die Permeabilität zu beschreiben.

Martin Krüger & Anja Dohrmann: Mikrobieller Abau von Wasserstoff in Untertagespeichern

Die Auswirkungen möglicher mikrobieller Reaktionen mit Wasserstoff in geologischen Untergrundspeichern werden untersucht, um rasch fundierte Informationen zur Eignung von verschiedenen geologischen Formationen als Porenspeicher zu liefern. Neben der Bestimmung möglicher mikrobieller H₂‐Abbauraten werden Methoden entwickelt, um unter in situ nahen Druck‐ und Temperaturbedingungen mikrobielles Wachstum im Porenraum von Speichergesteinen besser vorhersagen zu können. Diese Untersuchungen werden ergänzt durch weitere Experimente zur Klärung der Möglichkeiten und des Potenzials von „microbial engineering“, um gezielt ausgewählte mikrobiologische Prozesse in einem Speicher zu inhibieren oder zu intensivieren. Hierfür werden neue Nieder‐ und Hochdruckanlagen entwickelt und eingesetzt. Aus den Ergebnissen werden Empfehlungen für die Bewertungen von geologischen Formationen und Formationswässern hinsichtlich des Risikos eines mikrobiellen H₂‐Abbaus formuliert und das Potenzial von untertägiger „Biomethanisierung“ bewertet.

Christian Ostertag-Henning: Geochemische Reaktionen von Wasserstoff bei der untertägigen H₂-Speicherung

Geochemische Redoxreaktionen können sowohl natürlich als auch bei der untertägigen Speicherung von Wasserstoff zu Bildung oder Abbau von Wasserstoff führen. Aufbauend auf Ergebnissen des BMBF‐ Projektes H2_ReacT werden im Projekt BiMiAb-H₂ momentan Reaktionen an in Untertage‐Porenspeichern auftretenden Mineraloberflächen untersucht, um mögliches Ausmaß und Limitierungen dieser Reaktionen abschätzen zu können. Dazu finden vergleichende Untersuchungen für ausgewählte Gesteinsformationen aus Deutschland unter Lagerstätten‐Druck‐Temperaturbedingungen statt, um relative Unterschiede in Hinblick auf den möglichen Abbau von Wasserstoff aufzuzeigen. Methodisch werden an der BGR Möglichkeiten zur ortsaufgelösten Reaktionsverfolgung unter in situ‐Bedingungen unter Einsatz von Ramanspektroskopie und Isotopenmarkierungen entwickelt.


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