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CO2-Monitoring bei der Sequestierung in Ketzin (CHEMKIN)

Rozalia Orghici, Ulrike Willer, Wolfgang Schade

Eine viel versprechende Methode um CO2 aus dem atmosphärischen Kreislauf zu entfernen, ist nach Ansicht von Wissenschaftlern die Speicherung im Untergrund. Das Chemkin-Projekt, bei dem in einem salinen Aquifer große Mengen CO2 zu Forschungszwecken eingebracht werden, hat zum Ziel, derartiges Verhalten näher zu untersuchen. Für eine on-line und in-situ Überwachung des CO2-Gehalts und der CO2-Ausbreitung in der Tiefe (ca. 700 m) während des Verpressungsprozesses sind Nachweismethoden, die keine Probennahme erfordern, wünschenswert. Für diese Anwendung eignet sich die Evaneszenzfeldspektroskopie in NIR.

 

Abb. 1: Schematische Darstellung des Messsystems

Die spektral schmalbandige und im Bereich von einigen nm durchstimmbare Emission einer DFB-Laserdiode (Zentralwellenlänge λ = 1571 nm) wird in eine optische Faser, die zugleich als Sensor dient, eingekoppelt. Der Sensor besteht aus einer spiralförmig aufgewickelten Quarzglasfaser, deren Mantel und Cladding im aktiven Bereich entfernt werden, um die Wechselwirkung zwischen im Faserkern geführten Licht und dem umgebendem Medium zu ermöglichen.

Der Nachweismechanismus beruht auf der frustrierten und abgeschwächten Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem lichtleitenden Medium und der zu untersuchenden Umgebung. Die resultierenden Intensitätsverluste werden am Ende der Faser mit einer Photodiode gemessen und werden zur Bestimmung der Konzentration des spezifischen Stoffes genutzt. Bei den Labormessungen wurde der faseroptische Sensor in eine Edelstahlzelle eingeführt und diese mit Wasser befüllt. Der CO2 Einlass in die Zelle erfolgt über ein Rohr, das im Wasser endet.

Abb. 2: Übereinstimmung der mit dem Evaneszenzfeldsensor gemessenen Werten mit der Theorie

Ziel dieser Messungen ist es, den Zusammenhang zwischen dem Sensorsignal (Integralwert der Extinktion) und der Menge an gelöstem CO2 in der Flüssigkeit zu untersuchen. Dies ist im Hinblick auf die Quantifizierung von äußerster Wichtigkeit. Abbildung 2 zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen der Löslichkeit von CO2 in Wasser bei einem Druck von p=1bar bei unterschiedlichen Temperaturen (extrahierte Daten aus der Theorie) und den mit dem Sensor gemessenen Integralwerten bei unterschiedlichen Temperaturen des Wassers.

Dieses Projekt wird gefördert durch das BMBF, Fördernummer:03G0623D

 

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