@phdthesis{Otto2017,
  author    = {Otto, Christopher},
  title     = {Numerical analysis of thermal, hydraulic and mechanical processes in the near- and far-field of underground coal gasification reactors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404625},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XII, 115},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die Untertagevergasung von Kohle (UTV) erm{\"o}glicht die Erschließung konventionell nicht f{\"o}rderbarer Kohleressourcen und bietet dadurch Potenzial zur Erh{\"o}hung der weltweiten Kohlereserven. Bei der in-situ Kohleumwandlung entsteht ein hochkalorisches Synthesegas, das elektrifiziert oder zur Gewinnung chemischer Rohstoffe und synthetischer Kraftstoffe eingesetzt werden kann. Neben den wirtschaftlichen M{\"o}glichkeiten, bestehen jedoch auch standort-spezifische Umweltgef{\"a}hrdungspotentiale durch Subsidenz und Schadstoffmigration von UTV-R{\"u}ckst{\"a}nden in nutzbare Grundwasserleiter. Eine nachhaltige und effiziente UTV erfordert ein umfangreiches Verst{\"a}ndnis der thermisch, hydraulisch und mechanisch gekoppelten Prozesse im UTV-Reaktornahbereich. Aufgrund der hohen Investitionskosten von UTV-Pilotanlagen, sind numerische Simulationen gekoppelter Prozesse von entscheidender Bedeutung f{\"u}r die Bewertung m{\"o}glicher UTV-Umweltauswirkungen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die UTV-induzierte Permeabilit{\"a}tsver{\"a}nderung, Erzeugung m{\"o}glicher hydraulischer Kurzschl{\"u}sse benachbarter Reaktoren und Dynamik nicht-isothermer Multiphasenfl{\"u}sse mit gekoppelten Simulationen analysiert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass eine Implementierung temperaturabh{\"a}ngiger thermo-mechanischer Gesteinsparameter nur f{\"u}r Untersuchungen von Permeabilit{\"a}ts-{\"a}nderungen im Reaktornachbereich notwendig ist. Die Ergebnisse erlauben somit eine recheneffiziente Realisierung von komplexen thermo-mechanisch gekoppelten Simulations-studien regionalskaliger Modelle mit konstanten Gesteinsparametern, bei nahezu gleichbleibender Ergebnisgenauigkeit, die zur Bewertung von UTV-Umweltgef{\"a}hrdungs-potenzialen beitragen. Simulationen zur Ausbildung hydraulischer Kurzschl{\"u}sse zwischen einzelnen UTV-Reaktoren auf regionaler Skala, verdeutlichen die Relevanz von geologischen St{\"o}rungen an einem UTV-Standort, da diese durch Reaktivierung hydraulische Verbindungen induzieren und somit einen effizienten und nachhaltigen UTV-Betrieb negativ beeintr{\"a}chtigen k{\"o}nnen. In diesem Zusammenhang kommt der Ausbildung einer Wasserdampfphase, der sogenannte „steam jacket", im Hochtemperaturnahbereich von UTV-Reaktoren, als potenzielle Barriere zur Vermeidung von UTV-Schadstoffaustritten und zur potenziellen Minimierung von Energieverlusten eine entscheidende Bedeutung zu. Diese steam jackets entstehen durch evaporiertes Formationswasser und sind komplexe nicht-isotherme Multiphasenfluss-Ph{\"a}nomene. F{\"u}r ein verbessertes Prozessverst{\"a}ndnis dieser Multiphasenfl{\"u}sse, wurde ein neuartiges Modellkonzept entwickelt, welches, validiert gegen Feldversuchsdaten, erstmals sowohl eine Quantifizierung als auch Prognose von Wasserflussraten in und aus einem UTV-Reaktor erlaubt. Die Ergebnisse der vorgelegten Doktorarbeit bilden eine wichtige Grundlage f{\"u}r eine erfolgreiche Integration gekoppelter thermo-hydro-mechanischer Simulationen in weiterf{\"u}hrende Studien. Vor dem Hintergrund hoher UTV-Umweltgef{\"a}hrdungspotentiale, k{\"o}nnen diese zur verbesserten Bewertung und Minderung von UTV-Umweltauswirkungen beitragen, sowie die UTV-Effizienz nachhaltig optimieren.},
  language  = {en}
}
@article{OttoKempka2020,
  author    = {Otto, Christopher and Kempka, Thomas},
  title     = {Synthesis gas composition prediction for underground coal gasification using a thermochemical equilibrium modeling approach},
  series = {Energies},
  volume    = {13},
  journal   = {Energies},
  number    = {5},
  publisher = {MDPI},
  address   = {Basel},
  issn      = {1996-1073},
  doi       = {10.3390/en13051171},
  pages     = {17},
  year      = {2020},
  abstract  = {Underground coal gasification (UCG) is an in situ conversion technique that enables the production of high-calorific synthesis gas from resources that are economically not minable by conventional methods. A broad range of end-use options is available for the synthesis gas, including fuels and chemical feedstock production. Furthermore, UCG also offers a high potential for integration with Carbon Capture and Storage (CCS) to mitigate greenhouse gas emissions. In the present study, a stoichiometric equilibrium model, based on minimization of the Gibbs function has been used to estimate the equilibrium composition of the synthesis gas. Thereto, we further developed and applied a proven thermodynamic equilibrium model to simulate the relevant thermochemical coal conversion processes (pyrolysis and gasification). Our modeling approach has been validated against thermodynamic models, laboratory gasification experiments and UCG field trial data reported in the literature. The synthesis gas compositions have been found to be in good agreement under a wide range of different operating conditions. Consequently, the presented modeling approach enables an efficient quantification of synthesis gas quality resulting from UCG, considering varying coal and oxidizer compositions at deposit-specific pressures and temperatures.},
  language  = {en}
}