LEK. Gasspeicherkapazität von Kohleflözen im Münsterländer Kreidebecken

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Regina Hafner
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1 Gasspeicherkapazität von Kohleflözen im Münsterländer Kreidebecken Alexander Kronimus 1, Andreas Busch 1, Bernhard M. Krooss 1, Sascha Alles 1, Dierk Juch 2, Anke Jurisch 1 und Ralf Littke 1 1 RWTH Aachen, Lochnerstr. 4-20, Aachen 2 De-Greiff-Str. 195, Krefeld

Krooss 1, Sascha Alles 1, Dierk Juch 2, Anke Jurisch 1 und Ralf

2 Kohlegas im Münsterländer Becken Themenfelder: CBM (Flözgas) ECBM CO 2 -Speicherung CH 4 -Emissionen

3 RECOPOL/MovEcbm-Projekt Industrial source MS-1 production well (existing) ±300 m Miocene MS-3 injection well Liquid CO 2 storage Tanks (60 tonnes) CO m / 450 ft MS-4 production well (existing) CBM 1200 m Carboniferous

injection well Liquid CO 2 storage Tanks (60 tonnes) CO

4 Münsterland: Regionale Geologie

5 Beckenstruktur N S Tertiär/ Oberes Campanium Emscher Mergel Cenoman-Turon- Komplex Karbon 10 km

6 ECBM-Strategie Karbon-Kohleflöze Flözgas (CH 4 ) Westfal A bis C Teufe: m Niedrige Permeabilität (@ 0,5 md) ECBM Injektion von CO 2 (CO 2 -ECBM) Kombination mit Carbon Capture and Storage (CCS) Konkurrierende Sorption von CO 2 und CH 4 Thermodynamik: Verdrängung von CH 4

von CO 2 (CO 2 -ECBM) Kombination mit Carbon Capture and Storage (CCS)

7 ECBM-Strategie Abdeckgestein Emscher Mergel Graue, eintönige Tonmergelfazies Problemstellungen Leckage Tektonik Integrität des Emscher Mergels Cenoman/Turon-Komplex Langzeitintegrität: > 5000 a

8 Cenoman/Turon-Komplex Mastricht Campan Santon Coniac Turon Cenoman Karstaquifer Sole N-S-gerichteter hydraulischer Gradient Leckagepfad für CH 4 /CO 2 Hydraulisches Potenzial: m rel. NN Geringer Massentransport, v< 1m/a Im Beckenzentrum: Quasistationär (Struckmeyer, 1990) O b e r k r e i d e

CH 4 /CO 2 Hydraulisches Potenzial: 120 100 m rel.

9 Cenoman/Turon-Komplex Karstaquifer Sole N-S-gerichteter hydraulischer Gradient Leckagepfad für CH 4 /CO 2 Hydraulisches Potenzial: m rel. NN Geringer Massentransport, v< 1m/a Im Beckenzentrum: Quasistationär (Struckmeyer, 1990)

10 Emscher Mergel Tonmergel Mittleres Coniac- unteres Campanium Geringe effektive Permeabilität (CO 2 ) 1-3 nd (Wollenweber, 2007) O b e r k r e i d e Westliches Becken: Versandung Störungen Mastricht Campan Santon Coniac Turon Cenoman

(Wollenweber, 2007) O b e r k r e i d e Westliches

11 Störungen Drozdzweski (1995)

12 Strontianitgänge Empirische Beobachtungen von Gasausbrüchen entlang von Strontianitgängen Strontianit (SrCO 3 ) Bedeutender Rohstoff (19. Jhd.) Detaillierte Kartierung im Münsterland Meidung von Stontianit-Arealen

Strontianit (SrCO 3 ) Bedeutender Rohstoff (19. Jhd.

13 Dölling & Juch (zusammengestellt nach: VENATOR 1882, MICKLINGHOFF 1942 u. GESING 1995)

14 Süßwasseraquifere F - HCO 3 - Na + NaHCO 3 -Wässer 2- SO 4 Mischprozesse mit Sole Hydraulische Konnektivität mit Cenoman/Turon-Komplex Entwicklung über geologische Zeiträume Integritätskriterium: 5000 a Cl -

15 Methan in Süßwasseraquiferen Everswinkel (Weidmann, 2005): 50 Wasserproben 14 Proben: meßbare Methangehalte 8 Proben: > 3 ccm/l Herkunft: Karbon Leckagepfad Methanherkunft: 13 C/ 12 C-Signatur Methodik: GC-irmMS

16 Methanisotopie (C) Konzentrationsverhältnis C 1/(C 2+C 3) mikrobielles Methan thermogenes Methan C (Promille) vs. VPDB

17 Methanisotopie im Münsterland 0,0 13 C (Promille) vs. VPDB -10,0-20,0-30,0-40,0-50,0-60,0-70,0-80, Probe

18 Selektionskriterien Grundgebirge > 700 m N: Vorosningsenke S: Strontianitgänge/Bergbauaktivitäten W: Versandung des Emscher Mergels Zentrale Positionierung: Hydraulischer Widerstand des Cenoman/Turon-Koplexes

19 ECBM-Areal

20 ECBM-Areal

21 KVB-Modell

22 Kohlevorrat im selektierten Gebiet Kohlemasse (Gt) coal mass (Gt) coal mass (Gt) Kohlevolumen (Gt) kumulative Kohlemasse (Gt) cumulative coal mass (Gt) cumulative coal mass (Gt) kumulative Kohlemasse (Gt) depth Teufe (m)

23 CO 2 Speicherpotenziale Sorptionsexperimente: Teufenintervall : 1000 to 3000 m Sorptionskapazitäten f(p,t) Kohlemasse: ~35 Gt Ausgewähltes Gebiet: ~820 km² Konkurrierende Sorption CO 2, CH 4 3 Szenarien

24 CO 2 -Speicherpotenzial 1.2 Case A kein CH Case B CO2 Storage potential (Gt) Case C 10 m³/t CH 4 Zugänglichkeit: 40% CH 4 -Desorption: 80% depth (m bsl)

25 Einschränkungen CO 2 -ECBM: Technologien bei Permeabilitäten < 0,5 md nicht verfügbar Technologien in Teufen > 1500 m nicht verfügbar Zentrales Münsterland: dicht besiedeltes Gebiet

26 Schlussfolgerungen Gebiet zentrales Münsterland: 820 km² Speicherpotenzial: 180 Mio t CO 2 Signifikantes CH 4 -Förderpotenzial Mehrere Kraftwerkstandorte in der Umgebung CCS Notwendige Technologien (noch) nicht vorhanden

27 Ausblick Screening nach sweet spots Zonen erhöhter Permeabilität/Injektivität Herkunft des CH 4 in Süßwasseraquiferen muss eingehender Untersucht werden ( C-Isotopie) Aktuelles Promotionsprojekt am : Methanherkunft/Gasplay im tschechischen Teil des Oberschlesischen Beckens (Ph. Weniger)

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