The influence of microbial growth on hydraulic properties of subsurface gas storage sites and in-situ gas conversion

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Der globale Energiemarkt befindet sich aktuell in einer Wende. Um die anhaltende globale Erwärmung zu verlangsamen und die Dekarbonisierung bis zum Ende dieses Jahrhunderts voranzutreiben, haben einige Länder dieser Welt beschlossen im Bereich der Stromerzeugung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien umzusteigen. Die inkonstante Grundlast jener erneuerbaren Energie, wie etwa Windkraft und Solarenergie, haben eine gewisse Notwendigkeit für großflächige Energiespeicher kreiert. Die Idee dahinter ist, in Zeiten eines Überschusses den Strom zu speichern, um ihn im Falle eines Mangels wieder ins Netz zu speisen. Wasserstoff ist ein äußerst flexibler und effektiver Energieträger der mittels erneuerbarer Energie, in Zeiten eines Überschusses an Strom, erzeugt werden kann. Da konventionelle Wege der Speicherung von Wasserstoff, wie etwa Batterien, nur begrenzte Speicherkapazitäten aufweisen, gewinnen erschöpfte Erdgaslagerstätten als unterirdische Wasserstoffspeicher (UWS) zunehmend mehr Aufmerksamkeit, um große Mengen an Energie zu speichern. Diese Arbeit basiert auf einer Dissertation, welche das Thema UWS in porösen Medien behandelte, und im Rahmen derer eine Reihe an praktischen Versuchen durchgeführt wurde. Unter jenen war ein Experiment in der Tinte injiziert wurde, welches den Verdacht nährte, dass die akkumulierte Biomasse eine gewisse Mikroporosität aufweist. Basierend auf diesen erhaltenen experimentellen Ergebnissen, wurde in der vorliegenden Masterarbeit das Vorhandsein einer internen Permeabilität und Porosität in akkumulierter Biomasse in porösen Medien untersucht. Es wurde ein numerisches Model aufgesetzt um Strömungssimulationen mit experimentell segmentierten Bildern mit unterschiedlichen Szenarien und Fälle mit beidem, einheitlicher und variierender Permeabilität und Porosität durchzuführen. Des Weiteren wurde das Strömungsfeld detailliert analysiert. Dies ist der zweite große Part dieser Diplomarbeit und bezieht sich auf den Stofftransport und die Nährstoffversorgung in der akkumulierten Biomasse. Dazu wurde ein Python-Skript verfasst, um die Geschwindigkeitswerte zwischen zwei Punkten im berechneten Volumenfeld zu extrahieren. Um zu überprüfen ob die Nährstoffversorgung ein Ergebnis reiner Diffusion oder eher advektiv-dominiert ist wurde die dimensionslose Péclet-Zahl für verschiedene Ansammlungen von Biomasse verteilt über die gesamte Domäne berechnet. Das Ziel dieser Diplomarbeit war zum besseren Verständnis zur Speicherung und Umwandlung von Wasserstoff beizutragen. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit war neue Konzepte mittels numerischer Simulationen, welche von wichtiger Bedeutung für die unterirdische Speicherung und Umwandlung von Energie sind, zu überprüfen.

Details

Titel in ÜbersetzungDer Einfluss von mikrobiellem Wachstum auf die hydraulischen Eigenschaften von Untertage-Gasspeicheranlagen und in-situ Gasumwandlung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung23 Okt. 2020
StatusVeröffentlicht - 2020