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DFG-Graduiertenkolleg „NUPUS“ wurde verlängert

Fluidphasen in porösen Medien

Wenn man zum Beispiel vorhersagen will, wie groß die Risiken bei der unterirdischen Speicherung von Kohlendioxid sind, muss man neben detaillierten hydrogeologischen Kenntnissen vor allem die Strömungsprozesse verschiedenartiger Fluide im Untergrund verstehen und berechnen können. Derartige Fragestellungen stehen im Fokus des Graduiertenkollegs NUPUS, das die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) verlängert hat.

Ob Forschungsprogramm, Expertise der beteiligten Wissenschaftler, Qualifizierungskonzept, Betreuung oder Internationalität: In allen sieben Begutachtungskriterien des Entscheidungsverfahrens gab die DFG „NUPUS“ (Nichtlinearitäten und Upscaling in porösen Medien) das Prädikat „exzellent“. Sie empfahl die erneute Einrichtung des im Jahr 2006 ins Leben gerufenen Graduiertenkollegs mit höchster Förderpriorität. Die Gruppe habe herausragende wissenschaftliche Ergebnisse erzielt, die durch eine Vielzahl sehr guter und exzellenter Publikationen belegt sind. Grundlagenforschung wie die Entwicklung stochastischer Methoden und grundlegende Theorien von Fluss und Transport in porösen Medien sowie die Optimierung von effizienten numerischen Modellen seien in NUPUS eng verbunden mit der angewandten Forschung. „Das Graduiertenkolleg präsentiert neue Konzepte, auf welche die Fachgemeinschaft bereits seit Jahren gewartet hat“, heißt es in dem Bewilligungsschreiben der DFG.

Strömungen durch poröse Medien kommen in sehr vielfältigen Anwendungsgebieten der Ingenieur- und Naturwissenschaften vor. Sie weisen etliche Gemeinsamkeiten, aber auch charakteristische Unterschiede auf. Die Bandbreite an Anwendungen umfasst die oben erwähnte, derzeit entwickelte Speichertechnologie für das Klimagas Kohlendioxid in tiefen geologischen Formationen, die Optimierung des Wassermanagements in Brennstoffzellen oder die thermisch unterstützte Förderung von Schwerölen. Will man die dabei auftretenden Strömungsvorgänge modellieren, um damit zum Beispiel Vorhersagen zu machen oder das Prozessverständnis zu verbessern, so treten große Nichtlinearitäten in den mathematischen Beschreibungen von hydraulischen, thermodynamischen, chemischen oder biologischen Wechselwirkungen auf. Ein weiteres Problem ist das so genannte Upscaling: Hier geht es um die Frage, wie Mittelungsansätze genutzt werden können, um feinskalige Prozesse auf größeren Skalen zu beschreiben und so den erforderlichen Rechenaufwand zu reduzieren.


Ausbreitung von Kohlendioxid in einer Speicherformation und zugehöriges Durchlässigkeitsfeld.  (Foto: Institut)
Ausbreitung von Kohlendioxid in einer Speicherformation und zugehöriges Durchlässigkeitsfeld. (Foto: Institut)

Die rund 40 Wissenschaftler in „NUPUS“ gehen diese Fragestellungen aus den unterschiedlichsten Fachdisziplinen an, darunter angewandte Mathematik, Informatik, Physik, Chemie, Umwelt- und Bauingenieurwesen, Geowissenschaften und Erdölingenieurwissenschaften. Beteiligte Universitäten sind neben der Uni Stuttgart die Universitäten Eindhoven, Delft, Utrecht und Wageningen aus den Niederlanden sowie die Uni Bergen in Norwegen. „NUPUS“ profitiert zudem von diversen assoziierten Partnereinrichtungen, so dem Exzellenzcluster Simulation Technology (Simtech) der Uni Stuttgart, der Princeton University (USA), der ETH Zürich, der Montana State University (USA) und der Heriot-Watt University in Edinburgh. Der Gruppe an der Uni Stuttgart stehen rund fünf Millionen Euro für die nächsten 4,5 Jahre zur Verfügung.

Mit dem Geld möchten die Wissenschaftler an die Forschungserfolge der ersten Förderperiode anknüpfen. Unter anderem wollen sie herausfinden, in wie weit die entwickelten Methoden zwischen unterschiedlichen Skalen der Anwendungsfelder übertragbar sind, zum Beispiel von der regionalen Skala, die bei der Speicherung von Kohlendioxid zu betrachten ist, auf eine Mikrometer- beziehungsweise Millimeter-Skala bei Reaktions- und Diffusionsschichten in Brennstoffzellen.

Ein weiterer zentraler Aspekt von „NUPUS“ ist das Ausbildungsprogramm für die rund 40 Doktoranden und Post-Doktoranden, das sie in Lehre und Forschung unterstützt. Für sie werden Kurse angeboten, die auf die typischen Fragestellungen der jungen Wissenschaftler abgestimmt sind. Alle zwei Wochen ist ein Graduiertenseminar zur Diskussion von Forschungsergebnissen geplant. Dazu kommt ein Austauschprogramm, das es dem wissenschaftlichen Nachwuchs erlaubt, bis zu neun Monate im Ausland an einer der Partnerhochschulen zu verbringen. amg



Kontakt

Prof. Rainer Helmig,
Lehrstuhl für Hydromechanik
und Hydrosystemmodellierung
Tel. 0711/685-64749
e-mail: rainer.helmig@iws.uni-stuttgart.de


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