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, 52056 Aachen 2 De-Greiff-Str. 195, 47803 Krefeld
Kohlegas im Münsterländer Becken Themenfelder: CBM (Flözgas) ECBM CO 2 -Speicherung CH 4 -Emissionen
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 2 150 m / 450 ft MS-4 production well (existing) CBM 1200 m Carboniferous
Münsterland: Regionale Geologie
Beckenstruktur N S Tertiär/ Oberes Campanium Emscher Mergel Cenoman-Turon- Komplex Karbon 10 km
ECBM-Strategie Karbon-Kohleflöze Flözgas (CH 4 ) Westfal A bis C Teufe: 1000-3000 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
ECBM-Strategie Abdeckgestein Emscher Mergel Graue, eintönige Tonmergelfazies Problemstellungen Leckage Tektonik Integrität des Emscher Mergels Cenoman/Turon-Komplex Langzeitintegrität: > 5000 a
Cenoman/Turon-Komplex Mastricht Campan Santon Coniac Turon Cenoman Karstaquifer Sole N-S-gerichteter hydraulischer Gradient Leckagepfad für CH 4 /CO 2 Hydraulisches Potenzial: 120 100 m rel. NN Geringer Massentransport, v< 1m/a Im Beckenzentrum: Quasistationär (Struckmeyer, 1990) O b e r k r e i d e
Cenoman/Turon-Komplex Karstaquifer Sole N-S-gerichteter hydraulischer Gradient Leckagepfad für CH 4 /CO 2 Hydraulisches Potenzial: 120 100 m rel. NN Geringer Massentransport, v< 1m/a Im Beckenzentrum: Quasistationär (Struckmeyer, 1990)
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
Störungen Drozdzweski (1995)
Strontianitgänge Empirische Beobachtungen von Gasausbrüchen entlang von Strontianitgängen Strontianit (SrCO 3 ) Bedeutender Rohstoff (19. Jhd.) Detaillierte Kartierung im Münsterland Meidung von Stontianit-Arealen
Dölling & Juch (zusammengestellt nach: VENATOR 1882, MICKLINGHOFF 1942 u. GESING 1995)
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 -
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
Methanisotopie (C) Konzentrationsverhältnis C 1/(C 2+C 3) 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 mikrobielles Methan thermogenes Methan -100-90 -80-70 -60-50 -40-30 -20 13 C (Promille) vs. VPDB
Methanisotopie im Münsterland 0,0 13 C (Promille) vs. VPDB -10,0-20,0-30,0-40,0-50,0-60,0-70,0-80,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Probe
Selektionskriterien Grundgebirge > 700 m N: Vorosningsenke S: Strontianitgänge/Bergbauaktivitäten W: Versandung des Emscher Mergels Zentrale Positionierung: Hydraulischer Widerstand des Cenoman/Turon-Koplexes
ECBM-Areal
ECBM-Areal
KVB-Modell
Kohlevorrat im selektierten Gebiet Kohlemasse (Gt) coal mass (Gt) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 coal mass (Gt) Kohlevolumen (Gt) kumulative Kohlemasse (Gt) cumulative coal mass (Gt) 40 35 30 25 20 15 10 5 cumulative coal mass (Gt) kumulative Kohlemasse (Gt) 0.0 0 1000 1500 2000 2500 3000 depth Teufe (m)
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
CO 2 -Speicherpotenzial 1.2 Case A kein CH 4 1.0 Case B CO2 Storage potential (Gt) 0.8 0.6 0.4 0.2 Case C 10 m³/t CH 4 Zugänglichkeit: 40% CH 4 -Desorption: 80% 0.0 1000 1500 2000 2500 3000 depth (m bsl)
Einschränkungen CO 2 -ECBM: Technologien bei Permeabilitäten < 0,5 md nicht verfügbar Technologien in Teufen > 1500 m nicht verfügbar Zentrales Münsterland: dicht besiedeltes Gebiet
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
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)