Transport von Wasserstoff in Gesteinen unter Berücksichtigung abiotischer chemischer und mikrobieller Redoxreaktionen. Bestimmung kinetischer Daten für abiotische und mikrobielle Redoxreaktionen sowie Untersuchung von mikrobiell besiedelten durchströmten Gesteinssystemen

Land / Region: ohne Festlegung (Prozesse werden untersucht)

Projektanfang: 01.07.2016

Projektende: 30.06.2020

Projektstand: 01.06.2020

Verbundprojekt H2_ReacT Quelle: BGR

Im Rahmen der Vorbereitung der Energiewende werden seit mehr als einem Jahrzehnt Technologien zur Nutzung von Wind- und Solarenergie verbessert. Diese liefern heutzutage einen wichtigen Beitrag zur Strom- und Energieversorgung in Deutschland. Durch den nun bei günstigen Wetterverhältnissen zeitweilig im Überschuss vorhandenen Strom aus diesen Quellen steigt der Bedarf an Zwischenspeichern für Energie. Daher wird intensiv an der Umwandlung von Energie in Wasserstoff geforscht, der als Energieträger umweltschonend in Verkehr und Industrie eingesetzt werden kann. Die Produktion von Wasserstoff aus Wasser ist technologisch weitgehend ausgereift, doch für die Zwischenspeicherung großer Mengen Wasserstoff wird noch nach den besten Möglichkeiten gesucht. Eine orientiert sich an den Praktiken der Speicherung von aus Kohle erzeugtem „Stadtgas“ vor rund hundert Jahren: Damals – und bis in die Nachkriegszeit hinein – wurde dieses Wasserstoff-reiche Gasgemisch in Gestein im Untergrund bis zur Nutzung zwischengespeichert (z. B. in der Nähe von Potsdam). Dies erfolgte meist ohne Probleme, allerdings in wesentlich geringeren Mengen als nun für Wasserstoff angedacht. Die Speicherung konnte zum einen in größeren, künstlich geschaffenen Hohlräumen in Salzgestein, so genannte Kavernen, durchgeführt werden, oder auch in Gesteinen mit natürlichen Porenvolumen wie Sandsteinen, die als Porenspeicher bezeichnet werden. Beide Formen von Untergrundspeichern werden seit Jahrzehnten in Deutschland und der Welt erfolgreich als Speicher für große Mengen an Erdgas genutzt.

Doch nun soll Wasserstoff als Gas eingespeichert werden - und dieses hat andere Eigenschaften als Erdgas, dessen Hauptbestandteil der Kohlenwasserstoff Methan ist. Wasserstoff ist wesentlich reaktionsfreudiger. Daher verwerten ihn manche im Untergrund lebende Mikroorganismen - was für den Betrieb von Untergrundspeichern durch den Verbrauch von Wasserstoff und die mögliche Verringerung der Durchlässigkeit im Speicher durch Wachstum von Biofilmen nachteilig wäre. Daneben könnten auch chemische Reaktionen von Wasserstoff mit Mineraloberflächen im Gestein zu Verlusten, zur Ausfällungen neuer Minerale und damit zur Reduktion der Durchströmbarkeit im Speicher führen.

Beide Aspekte – die mikrobiologischen und die chemischen Reaktionen von Wasserstoff – unter den Bedingungen von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur im Untergrund werden im Projektbündel H2_ReacT untersucht, das vom Bundeministerium für Bildung und Forschung finanziell gefördert wird. Neben der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover bringen die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule in Aachen und das Geoforschungszentrum in Potsdam ihre Expertisen in den Forschungsverbund ein. In Hannover werden in Laboren Experimente in speziell entwickelten Hochdruckreaktoren durchgeführt, damit die Bedingungen im Untergrund genau nachgestellt werden können. Es zeigte sich, dass nur unter bestimmten Bedingungen mikrobieller Umsatz von Wasserstoff festzustellen war. Und dass von den im Gestein im Untergrund vorhandenen Mineralen vor allem die eisenhaltigen Minerale höhere Reaktionsraten mit Wasserstoff aufweisen. Diese Ergebnisse sind grundlegend für die künftige Bewertung einzelner Speicherstrukturen hinsichtlich ihrer Eignung als Untertage-Wasserstoffspeicher.

Partner:

• Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule in Aachen
• Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum