290 | FÖRDERUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN NACHWUCHSES

Fluidphasen eine Rolle. Außerdem kann es infolge des durch die CO2 Injektion ver-
ursachten Druckanstiegs zu geomechanischen Deformationen der Gesteinsmatrix
bis hin zur Rissbildung kommen. Auch geochemische Prozesse können eine Rolle
spielen, da das im Formationswasser gelöste CO2 zu einer Änderung des pH-Werts
führt und mit den vorhandenen Gelöststoffen und der mineralischen Feststoffmatrix
neue chemische Verbindungen eingehen kann.
Zusätzlich zur Komplexität der beteiligten Prozesse müssen für die Simulation
von CO2-Speicherprojekten häufig große Zeit- und Raumskalen betrachtet wer-
den. Eine Untersuchung der großskaligen Druckausbreitung und den damit ver-
bundenen Konsequenzen für anderweitige Nutzungen des Untergrunds, wie
Grundwassergewinnung, Geothermie oder Energiespeicherung, erfordert beispiels-
weise Modellgebiete mit einer lateralen Ausdehnung von bis zu 100 km. Das Lang-
zeitverhalten des injizierten CO2, das für die Untersuchung der Speichersicherheit
und Speicherkapazität eine Rolle spielt, kann sich auf Zeitskalen von bis zu mehre-
ren tausend Jahren abspielen.
Im Allgemeinen steigt die Rechenzeit mit der Modellkomplexität und der
Größe der beschriebenen Zeit- und Raumskalen. Es zeigt sich allerdings, dass die
Komplexität der beteiligten Prozesse bei der CO2 Speicherung sowohl zeitlich als
auch räumlich variiert. Dies motiviert die Entwicklung und Anwendung von gekop-
pelten Modellen, die einzelne, spezialisierte Teilmodelle entsprechend der zeitlich
und/oder räumlich erforderlichen physikalischen Komplexität kombinieren. Die
Kopplung optimierter Teilmodelle bringt im Vergleich zur herkömmlichen Simula-
tion mit einem Modell, das die gesamte erforderliche Komplexität abdeckt einen
Effizienzvorteil, ohne dass die jeweils relevanten physikalischen Prozesse vernachläs-
sigt werden müssen. In dieser Arbeit werden zwei Arten von Modellkopplungen
beschrieben, die sequentielle (zeitliche) und die räumlich Modellkopplung.
Die Idee der sequentiellen Modellkopplung ist es Zeiträume zu identifizieren,
in denen bestimmte physikalische Prozesse dominieren, während andere Prozesse
vernachlässigt werden können. Für die in dieser Arbeit angewandte Form der
sequentiellen Modellkopplung zur Beschreibung des Langzeitverhaltens bei der CO2
Speicherung werden drei charakteristische Zeitabschnitte definiert.
Während und kurz nach der Injektionsphase überwiegen advektions- und auf-
triebsdominierte Strömungsprozesse der beiden Fluidphasen, wohingegen Lösungs-
und Transportprozesse eine untergeordnete Rolle spielen und vernachlässigt werden
können. Nach Injektionsstopp nimmt die Migrationsgeschwindigkeit des injizierten
CO2 in Abhängigkeit der Reservoireigenschaften langsam ab und Lösungs- sowie
Transportprozesse innerhalb der beiden Fluidphasen gewinnen an Bedeutung. Aus
diesem Grund wird der zweite Zeitabschnitt durch ein komplexeres Modell
beschrieben, das die gegenseitige Löslichkeit von Salzwasser und CO2 und die dar-
aus resultierenden Transportprozesse innerhalb der jeweiligen Fluidphasen berück-
sichtigt. Da die Temperatur des injizierten CO2 häufig von der Reservoirtemperatur
abweicht und es infolge der Expansion des injizierten überkritischen Gases zu einer
leichten Abkühlung kommen kann, wird in den ersten beiden Zeitabschnitten
zusätzlich zu den Massenbilanzgleichungen noch eine Energiebilanzgleichung