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374 Abb. 5.2: Bohrturm an der Lokation Ketzin (Foto: L. Wohlgemuth, GFZ). Drill rig at the Ketzin site. Abb. 5.3: Karte der Roskow-Ketzin-Doppelstruktur mit Detailkarte Topbereich Ketzin-Antiklinale. Dargestellt sind die Tiefenlage des seismischen Reflektors K2 (etwa 80 m oberhalb der Stuttgart-Formation) und die Lage des CO 2SINK-Bohrplatzes (gelber Punkt). Die Detailkarte zeigt die Erstreckung der 3D-Seismik und die Oberflächenmessstationen zur Erfassung der natürlichen CO 2-Flusses (grüne Dreiecke). Map of the Roskow-Ketzin double anticline with detail of the top of the Ketzin Anticline. The location of the CO 2SINK drill-site (yellow dot) and the isobaths of the seismic reflector K2 are shown (about 80 m above the Stuttgart formation). The detail map depicts the area of the 3D-seismic survey as well as the surface stations to monitor the natural CO 2 flux (green triangles). sich ein Teil des CO 2 im Wasser lösen. Zur Abschätzung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der räumlichen Ausdehnung des CO 2 werden auch numerische Modelle entwickelt, die zur Optimierung des Injektionsprozesses, des Monitoringkonzeptes und zur Prognose des Langzeitverhaltens eingesetzt werden. Die Kalibrierung und Verifizierung der Modelle erfolgt mit Hilfe von Laboruntersuchungen und In-Situ-Messungen im Untergrund. Sie bilden die Basis für die Abschätzung des Risikos einer Leckage. Um die Ausbreitung des CO 2 im Untergrund zu beobachten, werden neben einer Injektionsbohrung zwei Beobachtungsbohrungen niedergebracht, die für geochemische Untersuchungen, seismische Durchschallungs-Messungen und zur Durchführung geoelektrischer Tomographie genutzt werden. Die Messungen werden vor, während und nach der Injektion in Zeitabständen wiederholt, die methodenabhängig sind (sogenannte time-lapse-Messungen). Die Kombination seismischer und elektrischer time-lapse- Methoden ermöglicht die Erfassung von zeitlichen Entwicklungen des Reservoirs – z. B. der Verteilung der CO 2- Sättigung – auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen. Seit April 2004 werden am Standort kontinuierliche Oberflächenmessungen zur Erfassung des natürlichen CO 2- Flusses oberhalb des vorgesehenen Untergrundspeichers durchgeführt. Um die Ausgangssituation vor Beginn der CO 2-Injektion zu erfassen und zusätzliche Informationen über die Struktur des Untergrundes zu erhalten, wurde im Herbst 2005 eine seismische 3D-Erkundung (Abb. 5.4) durchgeführt („baseline“), die derzeit ausgewertet wird. Bei der Evaluierung des ersten Projektjahres am 01. 06. 2005 bestätigten die Gutachter der EU, dass CO 2SINK seine Ziele im gesetzten Zeit- und Kostenrahmen erfüllen kann und ohne Abstriche weiter gefördert werden soll. CO 2SINK ist auch ein CSLF-Projekt („International Carbon Sequestration Leadership Forum“, http://www.cslforum.org). Das Testgelände in der Nähe der Hauptstadt Berlin bietet die einzigartige Möglichkeit, ein Pilotprojekt zur Speicherung von CO 2 mitten in Europa zu entwickeln. Es soll dazu beitragen, die öffentliche Akzeptanz für eine geologische Speicherung von CO 2 als Option für den Klimaschutz zu gewinnen und zu stärken. Am 29./30. Sept. 2005 fand am GFZ Potsdam der „1st International Workshop on CSLF Pilot Projects“ des Internationalen „Carbon Sequestration Leadership Forum CSLF“ statt, an dem 150 Wissenschaftler aus 20 Nationen teilnahmen (Abb. 5.5). Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
Abb. 5.4: Anregung seismischer Impulse durch Fallgewicht (Foto: S. Lüth, GFZ ). Excitation of seismic pulses by weight-drop. Verbundprojekt CO 2SINK-CORTIS im BMWi-Programm COORETEC CO 2SINK ist der Kern eines umfassenden Forschungsprogramms zur Untersuchung der vollständigen Verfahrenskette von der Quelle bis zur Senke des CO 2. Für eine realitätsnahe Untersuchung der CO 2-Speicherung werden ca. 60.000 Tonnen CO 2 für zunächst zwei Jahre benötigt. Diese soll das vom GFZ Potsdam koordinierte Teilprojekt CO 2SINK-CORTIS (CO 2 Recovery, Transportation, and Intermediate Storage) im BMWi-Programm COORETEC (http://www.cooretec.de) sicherstellen. Es wird vom BMWi und der Industrie gefördert, startete am 01. 12. 2005 und hat eine Laufzeit von drei Jahren. CO 2SINK-CORTIS soll sich auf die übertägigen Aspekte der CO 2-Injektion und auf die Bereitstellung von 60.000 Tonnen CO 2 für 24 Monate ab Ende 2006 konzentrieren. Hierzu gehören Abtrennung und Transport des Gases zum Injektionsort, Ermittlung des optimalen Injektionszustands (Druck, Temperatur, Gasqualität), Auswahl, Planung und Beschaffung der Anlagenkomponenten sowie Vorbereitung und Durchführung des Injektionsbetriebs. Abb. 5.5: Teilnehmer am „1st International Workshop on CSLF Pilot Projects“, GFZ Potsdam, Sept. 29, 2005 (Foto: E. Gantz, GFZ). Participants of the „1st International Workshop on CSLF Pilot Projects“, GFZ Potsdam, Sept. 29, 2005. Zahlreiche Optionen zur CO 2-Bereitstellung wurden untersucht und hinsichtlich des technischen und finanziellen Aufwands sowie einer termingerechten Realisierbarkeit bewertet. Weitere Vorarbeiten wurden zur Klärung des Injektionsregimes durchgeführt, speziell zur Frage, mit welchem Druck und welcher Temperatur das CO 2 in den Speicher einzubringen ist. Das CO 2 soll in Ketzin gasförmig mit einem Druck von 66 bis 74 bar und einer Temperatur von 29 bis 45 °C injiziert werden. Da es als Flüssigkeit (bei 12 bar, –35 °C) angeliefert wird, müssen Druck und Temperatur für die Injektion unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimiert werden. Verbundprojekt COSMOS im BMBF/DFG-Programm GEOTECHNOLOGIEN Unter Koordination des GFZ Potsdam wurde ein Antrag an das BMBF im Sonderprogramm „GEOTECHNOLO- GIEN“ (http://www.geotechnologien.de/forschung/ untergrund.pdf) entwickelt, mit dem das Projekt „COS- MOS – CO 2 Speicherung, Monitoring und Sicherheitstechnologie“ eingeworben werden konnte. Hieran sind neben dem GFZ die Universitäten Karlsruhe und Freiberg sowie zwei Energiekonzerne beteiligt. Das Projekt startete am 01. 04. 2005 und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Ein wesentliches Ziel ist die Entwicklung von CO 2 -Injektionsbohrungskomponenten und CO 2-resistenten Zementen sowie Untersuchungen zur Integrität der abdichtenden Schichten bei Einwirkung von CO 2. Außerdem sollen In- Situ-Bohrlochmessungen durchgeführt werden, um technische Standards für eine optimale Injektion sowie zur Diagnose und Lösung der dabei anfallenden Probleme zu entwickeln, Speicherstrategien zu verbessern und Simulationsmodelle zu verifizieren. Hierbei wird ein neues Konzept für eine sogenannte intelligente Bohrung (smart casing) realisiert, bei dem permanente elektrische Sensoren – Elektroden und Sonden – hinter der Verrohrung in die Zementierung der Injektions- und Beobachtungsbohrungen eingebracht werden (Abb. 5.6). Diese Sensoren dienen sowohl der Überwachung der Bohrlochintegrität als auch dem Monitoring der CO 2-Ausbreitung im Untergrund. Neben der Bestimmung der Temperaturänderung sind die Erfassung mikroseismischer Ereignisse und elektrischer Reservoireigenschaften geplant. Außerdem soll während der CO 2-Injektion eine kontinuierliche Erfassung des Injektiondrucks in situ erfolgen. Die Auswirkungen des CO 2 auf die Verrohrung und Zementierung sind zu untersuchen. Das Konzept für die Ausführung der Bohrungen ist mit dem brandenburgischen Landesamt für Geologie und Bergbau abgestimmt, das Genehmigungsverfahren ist eingeleitet. Das Projekt kooperiert mit CO 2SINK und profitiert von dessen starker industrieller und wissenschaftlicher Beteiligung. CO 2SINK bietet für COSMOS den Zugang zum Testfeld mit Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam 375
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Seite 19 und 20: Abb. 5.32: Epizentren katalogisiert
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Seite 33 und 34: Abb. 5.53: Jährlichkeiten der Rhei
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