Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18419/opus-479
Authors: Komarova, Irina
Title: Carbon-dioxide storage in the subsurface : a fully coupled analysis of transport phenomena and solid deformation
Other Titles: Kohlenstoffdioxid-Speicherung im Untergrund : gekoppelte Analyse von Transportphänomenen und Festkörperdeformation
Issue Date: 2012
metadata.ubs.publikation.typ: Dissertation
Series/Report no.: Report / Institut für Mechanik (Bauwesen), Lehrstuhl für Kontinuumsmechanik, Universität Stuttgart;24
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-80370
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/496
http://dx.doi.org/10.18419/opus-479
ISBN: 3-937399-23-2
Abstract: Within the scope of carbon-dioxide capture and storage (CCS) problem, the geological storage of CO2 is assumed to be a promising technology for the reduction of atmospheric CO2 emission from human activity. There are different types of geological formations suitable for CO2 disposal. Among many others, deep saline aquifers are taken into consideration in the present contribution. The advantages of this reservoir compared to others are its relatively high capability and world-wide availability. The CO2 distribution over the aquifer depends on many different factors, such as the interaction between the injected CO2 and solid particles in the aquifer, the heterogeneity at different scales, gravity and many others. Researchers and engineers often consider the distribution of CO2 in the reservoir neglecting the thermal, chemical and mechanical coupling of the processes. However, these effects can play a significant role in the CO2 sequestration and are quite complex to describe. In this context, the distinguishing feature of this investigation is that besides studying the processes in the framework of fluid dynamics and multiphase flow, the mechanical effects are also taken into consideration. In particular, the deformation of the solid within the aquifer and the cap-rock layer as well as the phase transformation of the supercritical CO2 are studied here. In order to describe these processes, a multiphasic model in the continuum mechanical framework of the well-founded Theory of Porous Media (TPM) is applied.
Im Rahmen der CO2-Speicherungsproblematik wird angenommen, dass die geologische Speicherung von Kohlendioxid eine vielversprechende Technologie zur Reduktion von atmosphärischen CO2 Emissionen ist. Es existieren verschiedene Arten von geologischen Formationen, die für die CO2 Endlagerung zur Verfügung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Reservoire, unter anderem in tiefen salinen Aquiferen, betrachtet. Die Vorteile dieser Lagerung im Vergleich zu anderen sind die relativ hohe Leistungsfähigkeit und die weltweite Verfügbarkeit. Die CO2-Verteilung über einen Aquifer hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, unter anderem von der Interaktion zwischen dem injizierten CO2 und den festen Partikeln im Aquifer, der Heterogenität in verschiedenen Skalen und der Schwerkraft. Forscher und Ingenieure betrachten die Verteilung von CO2 in einem Reservoir oft unter Vernachlässigung der thermischen, chemischen und mechanischen Kopplung der Prozesse. Diese Effekte können eine bedeutende Rolle in der CO2-Speicherung spielen und sind sehr komplex zu beschreiben. Die Besonderheit dieser wissenschaftlichen Arbeit liegt darin, dass neben der Untersuchung der Prozesse im Rahmen der Fluiddynamik und der Mehrphasenströmungen die mechanischen Effekte ebenfalls berücksichtigt werden. Insbesondere die Deformation von Festkörpern im Grundwasserleiter und der "cap-rock“ - Schicht sowie die Phasenumwandlung von überkritischem CO2 werden hier untersucht. Um diese Prozesse zu beschreiben, wird ein mehrphasiges Modell in einer kontinuumsmechanischen Betrachtungsweise im Rahmen der fundierten Theorie Poröser Medien (TPM) verwendet.
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