Numerical Simulation of Microbial Interactions in Underground Hydrogen Storage with MRST

Titel in Übersetzung: Numerische Simulation mikrobieller Interaktionen in der unterirdischen Wasserstoffspeicherung mit MRST

Nikola Zoric

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Mit dem wachsenden Interesse an Wasserstoff als Energieträger zur Energiespeicherung, wächst auch der Aufwand für ein besseres Verständnis der Arbeitsumgebung und der anzutreffenden Bedingungen. Erschöpfte Erdgaslagerstätten gelten bisher als beste Option für die unterirdische Wasserstoffspeicherung, da Gesteine die in der Vergangenheit mit Erdgas in Kontakt waren die Möglichkeit bieten enorme Volumina an Gas zu speichern. Eine umfangreiche Bibliothek mit gesammelten Daten und Wissen über eine Lagerstätte durch die Jahre der Produktion hinweg, trägt dazu bei bevorzugt als Lagerstätte für Wasserstoff in Frage zu kommen. In jenen Lagerstätten, mit eben solcher Implementierung, wurde ein interessantes Phänomen beobachtet, nämlich verschiedene Arten von Mikroorganismen, die unter den rauen Lagerstättenbedingungen nicht nur gedeihen, sodern den gespeicherten Wasserstoff als Energiequelle für ihren Stoffwechsel nutzen. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf einer bestimmten Spezies dieser Mikroorganismen, den methanogene Archaeen, welche Methan produzieren, während sie Wasserstoff verbrauchen. Mit anderen Worten, gespeichertes Wasserstoffgas wird in Gegenwart dieser Mikroorganismen in Methan umgewandelt. Über die zugrunde liegende Physik und die Einflussparameter der mikrobiellen Umwandlung unterirdischer Wasserstoffspeicher ist wenig bekannt. Um unser Wissen daher zu erweitern, werden viele Labortests sowie Simulationen durchgeführt. Ziel ist, uns mit den erwarteten Ergebnissen vertraut zu machen, speziell wenn es um diese Art der Mikroorganismen und ihre Aktivität geht. Wir beabsichtigen, ein mathematisches Modell im MRST (The MATLAB Reservoir Simulation Toolbox) Code zu implementieren, um damit eine eindimensionale Injektion des Nährgasgemisches in die mit methanogenetischen Archaeen besiedelte Kernprobe zu simulieren. Das Modell besteht aus zwei Gleichungen, von denen die erste das Populationswachstum der mikrobiellen Spezies beschreibt. Die zweite Gleichung beschreibt die Auswirkungen der metabolischen Bioreaktion (=Methanogenese), welche als Verbrauch von Nährstoffen (H2 und CO2) und der daraus folgenden Methanproduktion ersichtlich wird. Einmal entwickelt, kann dieser Code als unterstützendes Werkzeug für zukünftige Laborexperimente und als Grundlage für Simulationen im vollen Reservoirmaßstab dienen, um die erwarteten Auswirkungen in einer realistischeren Umgebung vorhersagen zu können.
Titel in ÜbersetzungNumerische Simulation mikrobieller Interaktionen in der unterirdischen Wasserstoffspeicherung mit MRST
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Ott, Holger, Betreuer (intern)
  • Azizmohammadi, Siroos, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung16 Dez. 2022
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 29-11-2023

Schlagwörter

  • Wasserstoff
  • Wasserstoffspeicherung
  • methanogene
  • Archaeen
  • Mikroorganismen
  • Methan
  • Methanogenese
  • MRST
  • Simulation

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