Biochemical Reaction modelling considering biomass growth in Underground Hydrogen Storage in Porous Media

Mit dem Ziel, den CO2-Fußabdruck zu minimieren, stellt die unterirdische Wasserstoffspeicherung eine Methode dar, die eine nachhaltigere Zukunft der Energieversorgung verspricht. Da Wasserstoff als Nährstoffquelle für Biomasse im Wasser der Formation und an der Schnittstelle zwischen der gasförmigen und der wässrigen Phase dient, ist die Modellierung der biochemischen Reaktionen der Biomasse ein zentraler Aspekt künftiger Wasserstoffspeicherprojekte. Um das gewünschte Ergebnis nach der Speicherung von Wasserstoff im Untergrund zu erreichen, müssen daher eine Reihe von Bedingungen sorgfältig berücksichtigt werden, die in dieser Arbeit untersucht werden sollen. Mit Hilfe der in C geschriebenen Anwendung PHREEQC werden in dieser Studie biochemische kinetische Reaktionen des Wasserstoffs aufgrund des mikrobiellen Stoffwechsels der Wasserstoff verbrauchenden Bakterien simuliert. Die daraus resultierenden geochemischen Modelle ermitteln die verbleibende Reinheit des Wasserstoffs, bewerten den Verlust des gespeicherten Volumens und verfolgen die durch das Bakterienwachstum verursachte Wasserproduktion. Die Modelle basieren auf Gleichgewichtsreaktionen für Gas-Wasser-Gestein-Wechselwirkungen und kinetischen Reaktionen unter Beteiligung von MET, ACE, SRB, IRB. Zahlreiche mathematische Modelle, wie zum Beispiel die von Monod, Moser und Panfilov (Hagemann Birger, 2017), sind Beispiele aus der Literatur und werden zur Beschreibung des mikrobiellen Wachstums in UHS verwendet. Bekannt als substratlimitierte Wachstumsmodelle wird jede Bakterienart in diesen Modellen durch spezifische empirische Parameter charakterisiert, die das Wachstum und die biochemische Reaktionsrate bestimmen. In dieser Arbeit werden einfache und doppelte Monod für substratbegrenztes Wachstumsmodelle für beide mikrobiologischen Aktivitäten angewandt, um die Unterschiede zwischen den potenziellen Ergebnissen der beiden Modelle zu ermitteln. Für jeden Prozess wird Biomasse erzeugt, die dann in ein Biomasse-Konzentrationsprofil umgewandelt wird. Es werden auch Modelle mit zwei Bakterien simuliert, um die Wachstumskonkurrenz zwischen ihnen besser zu verstehen. Die Ergebnisse zeigen, dass MET und ACE die Bakterien mit dem höchsten Wasserstoffverbrauch sind, während SRB eine hohe Sulfatkonzentration benötigt, um seinen Wasserstoffverbrauch zu erhöhen. Daher haben Mineralogie und Wasserzusammensetzung großen Einfluss auf biochemische Reaktionen, wobei ACE und MET, SRB und IRB begünstigen.