Das FuE-Vorhaben gehört zu: Subtopic 4 Geoenergie, Topic High-Temperature Thermal Technologies des Helmholtzprogramms MTET und liegt mit dem Themenfeld der Mikrostruktursimulation von Scaling, Sedimentation und Korrosion sowie der gekoppelten Prozesse: Strömung, Wärme-/Stofftransport und Mechanik inhaltlich zentral im Cluster 3: Multi-physics modeling and materials.

Die Forschungsarbeiten umfassen die Entwicklung von Methoden zur Beschreibung  anisotroper Kristallsymmetrien, die Simulation großskaliger 3D Kristallisationsprozesse polykristalliner Mikrostrukturen in porösen Gesteinsstrukturen als Folge von Scaling und Sedimentation, die Umsetzung von Datenanalyseverfahren zur Bestimmung von Wirkzusammenhängen zwischen Korngrenzdynamik, der sich ändernden Porosität und Permeabilität durch Zementationsprozesse. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Umsetzung gekoppelter Mikrostruktur-Mechanik Modelle zur Berechnung thermo-mechanischer und chemo-mechanischer Vorgänge in polykristallinen Gesteinsklüften. In diesem Themenbereich soll auch eine Modellierung von Korrosionsvorgängen aufgebaut werden.

Materialien und Geoprozesse – Fluid-Rock Interaction

Prozesssimulation spielt eine entscheidende Rolle für eine effiziente, sichere und nachhaltige Konstruktion und Nutzung von Geothermie-Kraftwerken. Sie ist ein unverzichtbares Werkzeug für das Verständnis der komplexen thermischen, hydraulischen, mechanischen und chemischen Prozesse (THMC) in geklüfteten kristallinen Reservoiren.

Die Forschungsarbeiten in diesem Cluster haben das Ziel, den Einfluss der 3-D-Kluftgeometrie und der Oberflächenstruktur auf die Strömungseigenschaften, den Druckverlust und die Wärmeübertragungsrate eines Multiphasenfluids in multiphysikalischen Simulationen der Fluidmechanik sowie des Stofftransports und Wärmeübergangs zu untersuchen.

Die Materialmodelle erlauben auf Basis hydrothermaler Berechnungen eine Beschreibung der Mineralausfällungen und Kristallisationsprozesse an den Kluftoberflächen und eine Vorhersage der dadurch bedingten Veränderungen von Öffnungsweite und Durchlässigkeit der Klüfte.

Zirkulierende Fluide in EGS-Systemen befinden sich nicht im Gleichgewicht mit den in-situ-Bedingungen bezüglich Druck, Temperatur und chemischer Zusammensetzung. Komplexe Fluid-Gesteinswechselwirkungen betreffen Reaktionen der Minerallösung und -fällung und führen zu:

• langfristigen Veränderungen in der Reservoirhydraulik,

• der Mobilisierung von reservoirspezifischen natürlich vorkommenden chemotoxischen und radiotoxischen Elementen.

Geothermische Energiesysteme

Als zentraler Teil des Topics "Geothermische Energiesysteme" fokussiert sich der Cluster u.a. auf das artefaktfreie geochemische Monitoring und die Analyse der zirkulierenden Fluide, die thermodynamische und kinetische Beschreibung des Thermalwassers einschließlich der Vorhersage von Mineralfällung sowie das mechanische Verständnis technischer Lösungen wie der Anwendung von Inhibitoren, um Scalings zu verhindern.

Mit Hilfe dieses Ansatzes wird die Nachhaltigkeit von EGS-Systemen verbessert und die Betriebskosten sowie Entsorgungskosten von Abfallstoffen werden minimiert.

Materialbeständigkeit in Geothermiekraftwerken und Korrosionsprozesse

Die Materialbeständigkeit in Geothermiekraftwerken ist aufgrund starker chemischer und mechanischer Belastung durch das aggressive Thermalwasser großen Herausforderungen unterworfen. Materialkorrosion metallischer Baumaterialien ist deshalb von großer Bedeutung für die Kraftwerksbetreiber. Eine vernünftige Materialwahl und ingenieurstechnischer Korrosionsschutz kann die Kraftwerksverfügbarkeit erhöhen und die Betriebskosten minimieren. Deshalb ist es ein weiteres Ziel des Clusters, Korrosionsprozesse im Kraftwerksbetrieb zu minimieren.