Bewertung der unterirdischen Wasserstoffspeicherung mit Erdgas mittels numerischer Simulationen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Anozie Ebigbo
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568130664

Für eine erfolgreiche Energiewende, also den Übergang von fossilen Brennstoffen und Kernenergie zu erneuerbaren Energien, sind großtechnische Energiespeicher unerlässlich. Wasserstoff kann als Energieträger der Zukunft dienen. Große Mengen an Wasserstoff können unterirdisch gespeichert werden -- in erschöpften Erdöl/-gaslagerstätten oder tiefen salinen Aquiferen. Einige Probleme der unterirdischen Wasserstoffspeicherung entstehen, weil Wasserstoff deutlich leichter und fließfähiger ist als das Salzwasser im Untergrund. Folglich wird eine Wasserstofffahne starken Auftriebskräften ausgesetzt sein. Die Injektion von Wasserstoff in ein heterogenes Reservoir kann zu einer Zerstreuung der Wasserstofffahne führen, was die Rückgewinnung des Wasserstoffs während der Produktionsphase erschwert. Außerdem kann es zu einem Aufsteigen des Wassers in Richtung des Entnahmebohrlochs kommen. Dies kann dazu führen, dass ungewollt Wasser mit extrahiert wird. Des Weiteren verbleibt ein Teil des Wasserstoffs -- gebunden durch Kapillarkräfte -- im Untergrund. Der zyklische Injektions-/Extraktionsprozess führt zu einem ständigen Wechsel zwischen Drainage (Gas verdrängt Wasser) und Imbibition (Wasser verdrängt Gas), was die Immobilisierung von Wasserstoff potenziell erhöht. Es gibt Überlegungen, dass bestehende Erdgasleitungsnetze für den Transport von Wasserstoff genutzt werden könnten. Die Gase würden als Gemisch transportiert und anschließend getrennt. Die Speicherung von Wasserstoff-/Methangasgemischen könnte vorteilhaft sein, da das Gemisch eine höhere Dichte und Viskosität als reiner Wasserstoff aufweisen würde. Eine Möglichkeit, die Menge des bei der Wasserstoffförderung extrahierten Wassers zu minimieren, ist die Verwendung eines Polstergases, in der Regel ein billiges und dichteres Gas, wie Stickstoff. In diesem Projekt wird eine realistische numerische Modellierung der Zweiphasenströmungsprozesse in einem Sandsteinreservoir verwendet, um die potenziellen Vorteile einer gemischten Wasserstoff-/Methanspeicherung gegenüber einer reinen Wasserstoffspeicherung zu untersuchen. Spezifische Fragen, die sich in diesem Zusammenhang stellen, sind: 1) Wie wirkt sich die Zusammensetzung des Wasserstoff-Methan-Gemischs auf die Speichereffizienz aus? 2) Um wie viel wirksamer kann ein Polstergas die kapillare Bindung des gespeicherten Gases und die unerwünschte Extraktion von Wasser in der Mischgasspeicherung im Vergleich zur reinen Wasserstoffspeicherung minimieren? 3) Wie stark wirken sich großräumige geologische Heterogenitäten, die Hindernisse und/oder bevorzugte Fließwege bilden, auf die Speichereffizienz aus?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China, Schweiz
• Kooperationspartner: Dr. Mahmoud Hefny; Professor Dr. Chaozhong Qin