Quantifizierung der Auswirkungen geochemischer Prozesse im Untergrund während geothermischer Aktivitäten

Das Verständnis der geochemischen Auswirkungen von Flüssigkeitsinjektion und -extraktion auf die Eigenschaften des Reservoirs ist für den Erfolg geothermischer Operationen von entscheidender Bedeutung, da induzierte Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen – wie Mineralauflösung und -ausfällung – die Leistung und langfristige Nachhaltigkeit des Systems erheblich beeinflussen können.

Die Forschung, die im Rahmen des Projekts THC-Prognos entwickelt wurde, zielt darauf ab, fortschrittliche Konzepte der Reservoirtechnik für die geothermische Nutzung und Bewirtschaftung zu untersuchen und zu validieren. Im Hinblick auf die zukünftige geothermische Erschließung im Stadtgebiet Berlins, insbesondere auf dem Campus der TU Berlin in Berlin-Charlottenburg (Abb. 1), befasst sich diese Studie in erster Linie mit standortspezifischen geochemischen Fragestellungen, die durch die Wasserzirkulation in einem porösen, nicht konsolidierten Reservoir ausgelöst werden, das derzeit für Aquifer Thermal Energy Storage (ATES)-Porpoise untersucht wird. Laut Regenspurg et al. (2018) stehen diese Prozesse wahrscheinlich im Zusammenhang mit der Oxidation von Pyrit, was zur Freisetzung von Schwefelsäure und Eisen(Fe)-Ionen führt. Die daraus resultierende Versauerung des Reservoirs fördert die Auflösung von Aluminiumsilikaten, wodurch wiederum erhebliche Mengen an Aluminium (Al) freigesetzt werden – eine Verbindung, die unter den nahezu neutralen pH-Bedingungen, die für das Zielreservoir in seinem ungestörten Zustand typisch sind, schlecht löslich ist.

Diese Prozesse sind aus betrieblicher Sicht von großer Bedeutung, da die Mobilisierung von Al- und Fe-Ionen das Risiko einer Porenverstopfung aufgrund ihrer erneuten Ausfällung in Form von Alterationsmineralen birgt, was sich im Laufe der Zeit negativ auf die standortspezifische ATES-Leistung auswirken kann. Durch die Integration von Durchflussexperimenten und vollständig gekoppelter THC-Modellierung – unter Verwendung der neu entwickelten GOLEM-PHREEQC-Schnittstelle für den reaktiven 3D-Multiphysik-Transport in heterogenen, komplexen Lagerstätten (Abb. 2) – zielt diese Forschung darauf ab, solche Auswirkungen im Hinblick auf die Veränderung von Lagerstättenparametern (z. B. Porosität und Permeabilität) und die Gesamtleistung des Systems zu bewerten und zu quantifizieren.