de.wedoany.com-Bericht: Das Team von Professorin Sigrún Nanna Karlsdóttir an der Universität Island (University of Iceland) hat das Korrosionsverhalten von Futterrohrmaterialien in überhitzten geothermischen Umgebungen systematisch untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit herkömmlicher Materialien unter extremen Bedingungen mit Temperaturen über 350 °C, Drücken über 100 bar und hohen Konzentrationen korrosiver Gase deutlich abnehmen. Ziel dieser Forschung ist es, entscheidende Daten für die Materialauswahl und das technische Design von Geothermiebohrungen der nächsten Generation bereitzustellen.
Mit der Erschließung tieferer Reservoire und höherer Temperaturen durch Geothermieentwickler ist die Leistungsfähigkeit von Materialien unter extremen Temperaturen, Drücken und korrosiven Fluiden zu einem entscheidenden Faktor für den langfristigen Erfolg und die Wirtschaftlichkeit von Projekten geworden, dessen Bedeutung der Bohrtechnik in nichts nachsteht. Die Forschung von Professorin Karlsdóttir konzentriert sich auf Korrosion, Materialcharakterisierung und Materialtests unter rauen Bedingungen in geothermischen Anwendungen. Die Arbeiten wurden durch die Horizon Europe-Projekte (GeoCoat, GeoDrill, GeoHex, GeoSmart), das Eurostars-Projekt ProCase und das von der CETPartnership geförderte OrkaShield-Projekt unterstützt.
Um reale überhitzte geothermische Bedingungen zu simulieren, hat das Forschungsteam an der Universität Island ein Hochtemperatur-Hochdruck-Labor (HTHP-Autoklav) eingerichtet, in dem Materialien in simulierten tiefengeothermischen Umgebungen getestet werden können. Darüber hinaus wird in Zusammenarbeit mit ON Power eine Durchflusstestanlage in Glóð (im Geothermalfeld Helligheiði) errichtet, die Materialien mit direkt aus dem Geothermalfeld gewonnenen Fluiden bewertet und so realitätsnähere Tests unter Betriebsbedingungen ermöglicht.
Der Forschungsschwerpunkt liegt auf den überhitzten Umgebungen, die durch das isländische Tiefbohrprojekt (IDDP) und den Krafta-Magma-Teststand (KMT) repräsentiert werden. In diesen Umgebungen übersteigen die Temperaturen 350 °C und nähern sich 500 °C, der Druck liegt über 100 bar, und die Fluide können hohe Konzentrationen korrosiver Gase wie Schwefelwasserstoff (H₂S), Kohlendioxid (CO₂) und Chlorwasserstoff (HCl) enthalten. Die Studie weist darauf hin, dass unter überhitzten Bedingungen die mechanische Festigkeit herkömmlicher API-Kohlenstoffstahl-Futterrohrmaterialien abnimmt, während die im Bohrloch wirkenden thermischen und Druckgradienten zu plastischen Verformungen und sogar zum Bruch der Futterrohre führen können. Darüber hinaus beschleunigt die hohe Temperatur Korrosions- sowie Erosions-Korrosions-Prozesse und gefährdet die Integrität und Langzeitleistung der Futterrohre. Praxiserfahrungen aus den Geothermiefeldern Larderello in Italien und Krafta in Island haben bestätigt, dass die Kondensation von überhitztem Dampf zu schwerer Korrosion führt.
Das Team von Karlsdóttir arbeitet mit mehreren Materialherstellern und -lieferanten zusammen, um das Korrosionsverhalten neuer Legierungen zu bewerten. Zu den bisherigen Kooperationen gehörten Unternehmen wie Nippon Steel und Timet (PCC Metals), während Diskussionen mit Vallourec im Zusammenhang mit dem zukünftigen Bedarf an überhitzter Geothermieentwicklung stehen. Trotz der Fortschritte fehlen der Industrie noch Daten zur Korrosionsrate von Materialien bei Langzeitexposition über 300 °C, und es bestehen Wissenslücken hinsichtlich lokaler Korrosionsmechanismen (wie Lochfraß, Spaltkorrosion) sowie Mechanismen wie wasserstoffinduzierter Rissbildung und Hochtemperatur-Wasserstoffangriff.
Auf dem bevorstehenden World Geothermal Congress (WGC 2026) in Calgary wird Karlsdóttir einen Aufsatz mit dem Titel „Hochtemperatur-Hochdruck-Tests von Futterrohrmaterialien unter überhitzten geothermischen Bohrlochbedingungen“ vorstellen, der gemeinsam mit Gifty Oppong Boakye, Daniel Agbonluai Ijegbai, Maria Y. Thrainsdottir und Erlend O. Straume verfasst wurde. Die Forschung wurde in einem Hochtemperatur-Hochdruck-Autoklaven durchgeführt, der die tiefengeothermische Umgebung simuliert, mit einer wasserbasierten Umgebung, die H₂S und CO₂ enthält, bei Temperaturen von 350 °C, 400 °C und 450 °C und Drücken von 165 bis 168 bar. Karlsdóttir ist der Ansicht, dass die Rolle der Materialwissenschaft mit der Erschließung tieferer und heißerer geothermischer Ressourcen immer wichtiger wird und die Korrosionsforschung zu einem Schlüsselbestandteil geothermischer Innovation geworden ist.
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