Titelaufnahme

Titel
Anreicherungs- und Freisetzungsmechanismen von Kohlenstoff in organikreichen Sedimenten/ Sedimentgesteinen
Weitere Titel
Enrichment and release mechanisms of carbon in organic rich sediments and sedimentary rocks.
Verfasser/ VerfasserinRuemmele, Franziska Maria
Begutachter / BegutachterinBaldermann, Andre
ErschienenGraz, 2019
HochschulschriftKarl-Franzens-Universität Graz, Masterarbeit, 2019
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Abweichender Titel laut Übersetzung des Verfassers/der Verfasserin
DokumenttypMasterarbeit
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-137189 Persistent Identifier (URN)
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Anreicherungs- und Freisetzungsmechanismen von Kohlenstoff in organikreichen Sedimenten/ Sedimentgesteinen [3.62 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Anreicherungs- und Freisetzungsmechanismen von toxischem Kohlenmonoxid (CO) sind in maschinellen Tunnelvortrieben weltweit allgegenwertig. Aufgrund dessen gibt es in Österreich eine Grenzwertverordnung, welche die Arbeitssicherheit gewährleistet. Auch im behandelten Tunnel-Fallbeispiel kam es zu einer erhöhten Anreicherung von CO. Daher war es Ziel dieser Arbeit, die potentiellen Freisetzungsmechanismen von Kohlenstoff und dessen Umwandlungsprozesse experimentell an einer Serie von Sedimentgesteinen zu untersuchen und zu diskutieren. Die charakteristische Abfolge der verwendeten sechs Organik-haltigen Gesteinsproben umfasst ein breites Spektrum in Bezug auf das sedimentäre Ablagerungsmilieu (marin, lakustrin etc.): es wurden Ozokerit (Erdwachs), handelsüblichen Blumenerde, Diatomeenerde von Lübtheen, Schreibkreide von Rügen und zusätzlich zwei Gesteinsproben (Sandstein und Tonstein) aus einem Tunnelabschnitt des Fallbeispiels entnommen, in dem vermehrt CO Freisetzung gemessen wurde. Die Gesteinsproben unterscheiden sich zusätzlich noch im TOC-Gehalt, welcher einen Schwankungsbereich von 0,05 Gew. % C (Tonstein) bis 97,66 Gew. % C (Ozokerit) aufweist. Diese Proben wurden in Batch-Experimenten bei 70 C und 140 C für 2 Monate in Kontakt mit einer 10 mM NaCl Lösung alteriert. Die detaillierte mineralogische und geochemische Charakterisierung der unbehandelten und thermisch alterierten Sedimente und Fluide ermöglichte eine Einschätzung der Entwicklung und Reifung der Organik und liefert mögliche Erklärungsansätze zur Bildung und Freisetzung von CO und Kohlenstoffdioxid (CO2) bei dem Tunnelprojekt. Untersuchungen an den Gesteinsproben umfassen analytische Methoden wie, z.B. Thermogravimetrie (DTA), gesamter Kohlenstoff (TOC), Röntgendiffraktometrie (RDA) etc. Es ist ersichtlich, dass die Mineralogie der Gesteinsproben keine deutlichen Veränderungen bei der thermischen Behandlung zeigte. Hydrochemische Analysen der alterierten Lösungen zeigen jedoch, dass mineral-spezifische Lösungsprozesse stattfinden und organische Komponenten alterieren. Daher ist es zu vermuten, dass die „kalte Verbrennung“ ein wichtiger Mechanismus bei der Freisetzung von CO im maschinellen Tunnelbau darstellt. Zusätzliche Untersuchungen von d13C-Isotopensignaturen der Sedimentgesteine und der Tunnelatmosphäre sind in nachfolgenden Studien notwendig, um den Einfluss der kalten Verbrennung auf die C-O-Freisetzung quantitativ erfassen zu können.

Zusammenfassung (Englisch)

Enrichment and release mechanisms of toxic carbon monoxide (CO) are ubiquitous in mechanized tunneling worldwide. As a result, the Austrian limit value ordinance was introduced in order to ensure occupational safety. Since the enrichment of CO is steadily increasing within the tunnel case study, more information and data about the enrichment and release mechanisms of CO in different sediment layers are necessary. Therefore, it was the aim of this thesis to experimentally investigate and discuss the potential release mechanisms of CO and its transformation processes on a series of sedimentary rocks. The characteristic sequence of the investigated six organic-containing rock samples covers a broad spectrum regarding to the sedimentary deposition environment (marine, lacustrine etc.). These samples ranged from ozokerite (natural wax), a commercially potting soil and diatomaceous earth from Lübtheen to a chalk sample of Rügen. Furthermore, two rock samples (sandstone and claystone) were taken from the tunnel section of the case study, where an high CO release has been detected. The rock samples additionally differ in the TOC content, which shows a variation of 0.05 wt. % C for claystone to 97.66 wt. % C for ozokerite. These materials were reacted at 70 C and 140 C with a meteoric solution containing 10 mM NaCl for 2 months in batch experiments. The mineralogical and geochemical characterization of the untreated and thermally altered sediments and fluids allowed an assessment of the evolution and maturation of the organics. Based on these results, possible explanations for the formation and release of CO and CO2 in the tunnel within the case study are provided. The investigations on the rock samples included thermogravimetry (DTA), total organic carbon (TOC) and X-ray diffractometry (RDA) analyses. It became clear that the mineralogy of rock samples did not show any significant changes after thermal treatment. However, hydrochemical analysis of the altered solutions showed that mineral-specific solution processes are taking place and that the organic composition in the solution is changed. Therefore the assumption can be made that the "cold combustion" is an important mechanism influencing the release of CO in mechanized tunneling. Nevertheless, additional studies about d13C isotopic signatures of the sedimentary rocks and tunnel atmosphere are needed to quantitatively evaluate the impact of cold combustion on CO release.

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