Bio-UGS - Gezielte biologische Umwandlung von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu Methan in Poren-Untergrundspeichern

Synthetisches Methan aus grünem Wasserstoff und industriellen CO₂

Mit zunehmender Einbindung von Wind- und Sonnenenergie steigt der Bedarf an großvolumiger und effizienter Energiepeicherung, um Schwankungen in der Energieerzeugung und –bedarf auszugleichen. Zugleich fällt in vielen industriellen Prozessen CO₂ als Abfallprodukt an, dessen Einfluss auf das Klima reduziert werden muss. Vorhandene großvolumige Erdgasspeicher bieten das Potential für eine biologische Erdgasbildung. Durch die gemeinsame Einspeicherung von CO₂ und grünem Wasserstoff soll unter Ausnutzung natürlich vorhandener Mikroorganismen als Bio-Katalysator synthetisches Methan erzeugt werden. Damit kann die vorhandene Infrastruktur zur großvolumigen Umwandlung wie auch Speicherung von Methan genutzt und CO₂ einer neuen Nutzung zugeführt werden. Die  Poren-Untergrundgasspeicher werden damit von physikalischen Groß-Energiespeichern zu bio-, geo- und chemischen Prozessanlagen umgewandelt.

Biologische Methanisierung in Untergrundspeicher

Wesentliche Forschungsschwerpunkte sind die 1) Erkundung mineralogisch-chemischer Reaktionen in Reservoirgesteinen sowie deren Einfluss auf die Methanisierung und 2) die Ermittlung des Stimulationspotenziales einer H₂-CO₂-Exposition auf mikrobielle Lagerstättengemeinschaften. Die Bio-Methanisierung wird in umfangreichen Laborversuchen mit repräsentativen Gesteins- und Fluidproben deutscher Porenspeicher unter realen Druck-, Temperatur- und salinen Bedingungen untersucht. Unter anderem wird die Stimulation positiver und Hemmung negativer (Neben-) Prozesse der Bio-Methanisierung (z. B. Einfluss von Verunreinigungen der Eduktgase) untersucht. Weiterhin werden mikrobielle Risiken hinsichtlich Integrität des Speicherreservoirs und Bohrung(en) sowie Möglichkeiten zu deren Reduzierung untersucht. Die mikrobielle Methanbildung in den Laborversuchen wird per Reservoirsimulation im Feldmaßstab nachgebildet und Empfehlungen für den wirtschaftlichen Speicherbetrieb unter Berücksichtigung der zu erwartenden technischen Risiken erstellt. Auf Grundlage der Erkenntnisse soll ein Empfehlungskatalog für aufbauende Feldversuche mit Auswahlkriterien geeigneter Lokationen erarbeitet werden.

Projektteam, Ergebnisse und Verwertung

Das Projekt wird von Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft durchgeführt, um gleichermaßen Anwendungsnähe und fundierte Grundlagenkenntnisse zu erzielen. Das Expertenteam besteht aus Geowissenschaftlern und Biologen mit umfangreicher Expertise und technischem Know-How. Das Interesse an den Projektergebnissen seitens Speicherbetreiber ist bereits jetzt sehr groß: so haben mehrere nationale und internationale Firmen ihre Unterstützung für das Projekt in Form von Ergebnisvalidierung oder Bereitstellung von Probenmaterial per LOI zugesichert.

Das Projekt ist in vier Teilvorhaben gegliedert: DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH führt Gasbeschaffenheitsuntersuchungen und die Reservoirsimulation der Bio-Methanisierungsprozesse durch.  Die Grundlage hierfür liefern die von der Friedrich Schiller Universität Jena bereitgestellten Proben und mineralogisch-geochemischen Untersuchungen.  Isodetect GmbH verantwortet die Analyse der Bio-Methanisierungsreaktionen mittels isotopenchemischer und molekulargenetischer Analysen und erstellt ein Monitoringkonzept für die Feldanwendung. MicroPro GmbH untersucht laborativ die Stimulation und Optimierung der mikrobiellen Prozesse und führt die entsprechende Risikobewertung durch.

Interview über das Bio-UGS-Projekt

Bio-UGS-Projektblatt zum Download