Benutzerspezifische Werkzeuge
Sie sind hier: Startseite Archiv Aus der Praxis Überwachung nach Maß

Überwachung nach Maß

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:37 — abgelaufen

Von der Fernerkundung bis zur In-situ-Messung – über alle Skalengrenzen hinweg werden im Forschungsprojekt MONACO CO2-Speicherstätten überwacht. Das gelingt durch eine geschickte Kombination ganz unterschiedlicher Methoden aus den Bereichen Chemie, Hydrogeologie, Geophysik und Biologie.

Dass ein umfassender Projektansatz, der auf verschiedene Fachdisziplinen fußt, besondere Herausforderungen mit sich bringt, liegt auf der Hand. Welche das sind und wie sie im GEOTECHNOLOGIEN-Projekt MONACO gemeistert werden sollen, darüber sprach planeterde mit Dr. Claudia Schütze vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig, einem Projektpartner des Forschungsvorhabens.

planeterde: Frau Dr. Schütze, bitte beschreiben Sie doch zunächst einmal allgemein, welche Ziele Sie mit MONACO verfolgen. Welcher konkrete Nutzen wird sich aus den Ergebnissen Ihrer Arbeit ziehen lassen?

Schütze: Das Hauptziel des Projektes liegt in der Entwicklung eines Methodenkonzepts zur Überwachung der oberflächennahen Umwelt an geologischen CO₂-Speicherstandorten vor, während und nach der Betriebsphase. Die weitere Entwicklung und kommerzielle Anwendung der CCS-Technologien („Carbon Dioxide Capture and Storage“, CO₂-Abscheidung und -Speicherung, d. Red.) erfordert die umfassende Überwachung des Speicherprozesses. Damit ist Monitoring ein wesentliches Instrument für die Gewährleistung der Sicherheit der menschlichen Gesundheit, Natur und Umwelt. Unser Ansatz zielt dabei insbesondere auf die Überwachung erdoberflächennaher Bereiche und schließt eine Lücke zwischen der Erfassung der Ausbreitung des gespeicherten CO₂ in den tiefen geologischen Speicherformationen und der Integritätsprüfung der Kohlendioxid-Speicherschichten.

planeterde: Welche Arbeitsschritte müssen während der dreijährigen Förderdauer des Projekts durchlaufen werden, um Ihre Ziele zu erreichen? Womit beschäftigen Sie sich aktuell?

Schütze: Im Rahmen des Projektes konzentrieren sich alle Projektpartner auf die Entwicklung des hierarchischen Monitoringkonzeptes, der Validierung der verschiedenen Überwachungsmethoden an natürlichen CO₂-Austrittsstellen sowie der Bewertung der Methoden an realen Pilotstandorten. In vier Teilprojekten werden Daten in unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Dimensionen gewonnen. Neben der Untersuchung der atmosphärischen CO₂-Verteilung, potentiellen Transportwegen im Untergrund und der Bodengaszusammensetzung steht die Fusion der Einzelergebnisse zu einem Gesamtbild im Fokus der Forschung. Dazu laufen bereits lokale als auch regionale Feldexperimente in Nordwest-Böhmen, um die entwickelten Messtechnologien und -konzepte an natürlichen CO₂-Ausgasungsstandorten zu testen. Planmäßig werden Ansätze für die gemeinsame Datenanalyse  evaluiert. Im weiteren Projektverlauf sind auch Tests an Pilotanlagen, zum Beispiel im Berliner Vorort Ketzin, geplant.

planeterde: Wenn man sich auf neues Forschungsterrain begibt, ist dies wahrscheinlich auch immer mit unterwarteten Herausforderungen und Problemen verbunden … 

Durch die Installation eines Messgerätes auf einem Geländewagen können auch größere Flächen schnell und flexibel überwacht werden. (Bild: MONACO)Schütze: Die Herausforderung der Überwachung besteht in der Ausdehnung der zu betrachtenden Gebiete – wir bewegen uns hier im 100-km²-Maßstab, im Vergleich zur Größe potentieller Leckageflächen, also etwa alte Bohrungen oder diffuse Entgasungen im Bereich weniger Quadratmeter. Das entspricht dem klassischen Stecknadel-im-Heuhaufen-Suchen. Eine besondere Strategie zur Überdeckung großer Untersuchungsflächen durch Anpassung der Monitoringmethoden an eine geeignete räumliche und zeitliche Auflösung ist hierbei zwingend erforderlich. Durch die Kombination verschiedener Methoden aus der Fernerkundung sowie geophysikalischer und geochemischer Verfahren werden Umweltbereiche sowohl unter der Erdoberfläche als auch in der Atmosphäre mit dem Ziel untersucht, potentielle Schwachstellen zu detektieren und frühzeitig zu erkennen.

planeterde: Sie streben mit Ihrer Arbeit ein "hierarchisches Beobachtungskonzept" an.
Was kann man sich als Außenstehender darunter vorstellen?

Schütze: Wie bereits erwähnt, wird eine Speicherung von CO₂ in tiefen geologischen Formationen die Implementierung permanenter Überwachungsmodule in ausgedehnten Gebieten notwendig machen. Beispielsweise gehen Wissenschaftler eines kanadischen Projekts von einem Untersuchungsbereich mit einer Ausdehnung von ca. 220 km² aus. Der hierarchische Ansatz, basierend auf dem modularen Monitoringkonzept, soll es erlauben, auch derartig großräumige Gebiete mit adäquater räumlicher und zeitlicher Auflösung abzudecken. Dabei werden im ersten Schritt großskalige, mobile optische Fernmessverfahren periodisch eingesetzt, um potentielle Anomalien in der atmosphärischen CO₂-Konzentration zu detektieren. Sind erhöhte CO₂-Werte in der Luft aufgetreten, werden im zweiten Schritt an lokalen Gefährdungsstellen Untersuchungen zur Untergrund- und Bodengasbeschaffenheit wiederholt durchgeführt. An diese Messungen schließen sich an Verdachtspunkten Analysen in 5–15 Meter Tiefe mit besonderer zeitlicher Genauigkeit und spezieller Gassensorik an.

planeterde: Beschreiben Sie die Verfahren, die bei der Überwachung eines CO₂-Speichers zum Einsatz kommen sollen, doch einmal etwas genauer.

Infrarotspektroskopie: Infrarotstrahlen verlieren auf dem Weg zum Detektor aufgrund der Wechselwirkung mit Gasmolekülen Energie. (Bild: MONACO)Schütze: Zu den eingesetzten großskaligen Verfahren gehört die Methode der Infrarotspektroskopie, ein Verfahren, das ähnlich dem berührungslosen Thermometer funktioniert. Hierbei kann über große Distanzen im Kilometer-Maßstab aus der Absorption von Infrarotenergie auf die Anwesenheit bestimmter Gase sowie deren Konzentration geschlossen werden. Dieses Verfahren ist bereits bei der Deponie- und chemischer Prozessüberwachung etabliert. Mittelskalige geophysikalische Erkundungsverfahren werden insbesondere für die Charakterisierung des Untergrundes bezüglich des geologischen Aufbaus und der physikalischen Gesteinseigenschaften angewendet. Diese Erkundungen geben Aufschluss über geologische Strukturen, die oberflächennahe Wegsamkeiten und potentielle Leckagesituationen bedeuten können. Derartige Verfahren sind bereits Bestandteil von Monitoringkonzepten zur Überwachung des injizierten Kohlendioxids innerhalb der tiefen Speicherformationen wie in Ketzin und werden im Rahmen des MONACO-Projektes auf oberflächennahe Situationen adaptiert. Zusätzlich dazu werden punktskalige bodengasanalytische Verfahren aus der Geochemie eingesetzt. Hierzu zählen beispielsweise die Bestimmung der natürlichen CO₂-Konzentration im Boden und die Analyse von Gasen und Flüssigkeiten aus dem Boden.

planeterde: Dabei ist es sicherlich hilfreich, dass Sie diese Verfahren auch unter realen Bedingungen testen können.

Schütze: Zur Erreichung der Projektziele ist der Einsatz der Methodenkombination unter realen Standortbedingungen zwingend notwendig. Die Validierung der Methoden an den natürlichen Feldlaboren ist sehr hilfreich, um Störfälle zu simulieren und die Sicherheit der verwendeten Methoden zu bewerten. Um jedoch die Methoden an die logistischen und industriellen Gegebenheiten eines realen Standortes anzupassen, sind Messungen an der Pilotanlage in Ketzin geplant. Weiterhin besteht auch Interesse von Kollegen vom Geologischen Dienst Kansas, unseren Ansatz an einem dortigen geologischen Speicherstandort zu überprüfen.

planeterde: Im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Forschungsschwerpunkts "Technologien für eine sichere und dauerhafte Speicherung des Treibhausgases CO₂ III" beschäftigen sich verschiedene Projekte mit einem sicheren Speichern von Kohlendioxid. Koordinieren Sie sich bei Ihrer Arbeit auch mit den anderen Projekten dieses Kernbereichs?

Schütze: Da unser modularer Monitoringansatz im Rahmen des Projektes nur auf ausgewählte Methoden zurück greifen kann, sind wir auf die enge Zusammenarbeit mit anderen Projektgruppen angewiesen. Hier ist insbesondere die Entwicklung neuartiger, sensibler Sensorik, beispielsweise im Projekt CO2₂SENSOR, zu nennen, die in den geophysikalischen und geochemischen Nachweismethoden zukünftig zum Einsatz kommen werden. Des Weiteren ist die Kooperation mit Projekten am Pilotstandort Ketzin hervorzuheben, um die Einbindung des Überwachungskonzeptes auf Demonstrationsanlagen im Sinne einer verlässlichen Basisüberwachung zu testen.

planeterde: Streben Sie zum Ende der Projektlaufzeit ein einsatzfähiges Monitoring-System an oder werden weitere Schritte vor der Marktreife vonnöten sein?

Schütze: Am Ende unseres Projektes wird nicht ein Monitoringsystem fertig gestellt, sondern es wird ein modulares Konzept vorliegen, das an kommerziellen Anlagen unter Berücksichtigung der oben genannten Herausforderungen eingesetzt werden kann. Die verschiedensten Methoden werden hinsichtlich ihrer Eignung bewertet, gleichzeitig ist das hierarchische Konzept offen, weitere Überwachungsmethoden zur Erhöhung der Aussagesicherheit zu integrieren. Um eine schnelle Umsetzung der gewonnenen Forschungsergebnisse zu gewährleisten, wurden in das Projekt sowohl Entwicklungsunternehmen für Sensortechnik als auch anwendungsorientierte Firmen einbezogen. Inwiefern die MONACO-Strategie umgesetzt wird, hängt letztendlich auch von wirtschaftlichen beziehungsweise gesetzlichen Randbedingungen für die zukünftigen Anlagenbetreiber ab.

planeterde: Frau Dr. Schütze, vielen Dank für dieses Gespräch.


MONACO ist Teil des Forschungsschwerpunkts „Technologien für eine sichere und dauerhafte Speicherung des Treibhausgases CO₂ III“. Eine Übersicht der weiteren Projekte dieses Kernbereichs finden Sie auf den Seiten der GEOTECHNOLOGIEN.

RD, iserundschmidt 12/2012