Vorwärtssimulation mikroskaliger Migration von Spurenelementen in mikrotomographisch aufgenommenen realen Porenräumen

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Im Rahmen dieses Vorhabens sollen Strömungs- und Transportprozesse auf der Skala des Porenraumes unter Berücksichtigung von geochemischen Reaktionen untersucht werden. Die Daten zur Rekonstruktion des Porenraumes für die Simulation der Prozesse sollen mit Hilfe der Mikro-Tomographie (µCT) gewonnen werden. Die Ortsauflösung im unteren Mikrometer-Bereich unter Verwendung von Synchrotronstrahlung (ESRF ID18F) ermöglicht die Rekonstruktion des Porenraumes realer Sandsteinproben und darin die Simulation von Strömung und Transport in der betrachteten Skala. Die Simulation erfolgt mit Hilfe von Methoden aus dem Bereich der Computional-Fluid-Dynamik (Navier-Stokes, LatticeBoltzmann). Die Sorption von Schwermetallen an den Oberflächen soll mit Hilfe schneller Algorithmen zur Beschreibung von Oberflächenkomplexierungsmodellen implementiert werden. Die Validierung der Modelläufe soll über die neue, ebenfalls am Synchrotron zu erfassende Mikrofluoreszenztomographie der Porenmatrix zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Verteilung bestimmter Leitelemente mit der gleichen Auflösung erfolgen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Migrationsprozesse von Spurenelementen in porösen Medien qualitativ und hinreichend genau auch quantitativ auf physikochemischer Grundlage zu simulieren und dabei auf klassische Parametermodelle, wie Advektions-Dispersionsgleichungen, Matrixdiffusions- sowie Kd-Modelle zu verzichten.