Geoenergien in Deutschland – heimische, erneuerbare Energie

Neben Kohle, Erdgas und Erdöl besitzt insbesondere Süddeutschland im Oberrheingraben und dem Molassebecken ein hohes geothermisches Potenzial, das zur grundlastfähigen Wärme- und Stromversorgung genutzt werden kann. Eine Anzahl von Prototyp-Kraftwerken ist bereits im Betrieb und bestätigt die potentielle hohe Verfügbarkeit der Anlagen. Insbesondere vor dem Hintergrund des zu erwartenden Stromdefizits im hochindustrialisierten Süddeutschland bietet die Geothermie eine reelle Chance dieses aus lokalen erneuerbaren Ressourcen zu decken. Das Steinbeis-Transferzentrum Geoenergie und Reservoirtechnologie engagiert sich für den umweltgerechten Einsatz dieser Technologien.

Der derzeitige Umbruch hin zu neuartigen Energietechnologien stellt eine hohe wissenschaftliche und gesellschaftliche Herausforderung dar. Zu erwarten ist, dass hier die Geoenergien, wie bereits in der Vergangenheit, einen großen Beitrag zur Energieversorgung unserer Gesellschaft leisten müssen. Im Jahr 2010 stellten die fossilen Ressourcen über 80% der Primärenergie in Deutschland, mit einem Anteil der Kohlenwasserstoffe (Erdöl, Erdgas) von über 50%. Die Prognose des Energiemixes für 2030 zeigt nur eine geringfügige Reduzierung. Unter den aktuellen energiepolitischen Entwicklungen in Deutschland kann davon ausgegangen werden, dass diese Prognose in absehbarer Zeit nach oben korrigiert werden muss. Preiserhöhungen durch die Erkenntnis knapper werdender Ressourcen, Abhängigkeiten vom Ausland, welche zunehmend die Versorgungssicherheit infrage stellen, und ein erhöhter Aufwand zur Aufsuchung neuer Ressourcen führen zu neuen Explorationsmaßnahmen auch in Deutschland.

Die Geoenergien erfordern ein Gesamtkonzept zur Nutzung, Bewirtschaftung und Speicherung von Energieträgern im Untergrund. Da der Übergang zu den neuen Geotechnologien die Erschließung von Reservoiren in dichten und geklüfteten Medien erfordert, gewinnt dieses Themenfeld damit auch wissenschaftlich zunehmend an Bedeutung. Hierbei stehen fundamentale Fragen zur umweltgerechten Entwicklung und Erschließung von beispielsweise geothermischen Reservoiren im Vordergrund. Auf dem Gebiet der geothermischen Energiegewinnung wollen umweltrelevante Fragestellungen im Bereich der induzierten Seismizität, des Einsatzes von Chemikalien und der Vermeidung von radioaktiven Ablagerungen in geothermischen Anlagen beantwortet sein.

Induzierte Seismizität ist ein wichtiger Indikator für die Verbesserung der Reservoireigenschaften durch Verpressen von Wasser in den Untergrund, der hydraulischen Stimulation. Diese Maßnahmen finden am Beginn eines Geothermieprojektes direkt im Anschluss an die Bohrung statt und sind auf wenige Tage beschränkt. Anhand der induzierten Seismizität kann das Volumen und der Erfolg der Maßnahmen erfasst werden. Gegenstand der Forschung ist hier die Kontrollierbarkeit der Intensität der Seismizität. Bei Maßnahmen, die induzierte Seismizität hervorrufen, können Energien freigesetzt werden, die an der Erdoberfläche spürbar sind und eventuell auch zu Schäden an Gebäuden führen. Erfolge hinsichtlich der Vermeidung von spürbarer induzierter Seismizität wurden insbesondere durch die Kontrolle des Druckes, mit dem das Wasser verpresst wird, erreicht. Dies kann während der Reservoirstimulation durch zeitlich limitierten Einsatz hoher Drücke und während des Betriebes durch das Rückführen des Thermalwassers über mehrere Bohrungen, beispielsweise über Entlastungsbohrungen, erreicht werden. Eine offene Fragestellung bleiben bisher Druckänderungen, die durch plötzliche und unvorhergesehene Ereignisse entstehen, z.B. plötzlicher Betriebsstop.

Chemikalien werden ebenfalls zur Verbesserung der Effizienz des unterirdischen Thermalwasserkreislaufes eingesetzt. Wie die hydraulische, ist auch die chemische Stimulation eines Reservoirs auf die initiale Phase direkt nach der Bohrung und in diesem Fall auf wenige Stunden beschränkt. Hierbei steht in der Regel die Anbindung der verschiedenen Tiefbohrungen an das Reservoir im Vordergrund. Chemikalien werden dabei zur Lösung von Mineralen eingesetzt, die Fließwege hin zum Bohrloch verengen oder verschließen. Je nach Mineral werden unterschiedliche Chemikalien eingesetzt. Beispielsweise kann Kalzit mit verdünnter Salzsäure gelöst werden. Im Gegensatz zu anderen Geotechnologien werden die Chemikalien nicht rückgefördert, sondern die Reaktionsprodukte, im genannten Beispiel CaCl, CO2 und Wasser, verbleiben im Untergrund. Die wissenschaftlichen Herausforderungen in diesem Bereich sind der Einsatz von biologisch abbaubaren Produkten sowie die Bohrlochintegrität.

Beim Betrieb der Kraftwerke sollen Mineralanlagerungen in den oberirdischen Teilen einer geothermischen Anlage vermieden werden. Ziel ist dabei alles, was durch die Produktionsbohrung an die Erdoberfläche gefördert wird, wieder in den Untergrund zu führen und dem Thermalwasser damit nur die Wärme zu entziehen. Die dadurch verursachte Änderung des Temperaturniveaus des Wassers kann jedoch zu chemischen Reaktionen (Mineralausfällungen) im geschlossenen obertägigen Kreislauf führen. Hier werden Produkte eingesetzt, die diese Mineralausfällung verhindern sollen. Je nach chemischer Zusammensetzung des Thermalwassers müssen auch hier spezifische Produkte gewählt werden. Die Herausforderung hierbei ist Produkte einzusetzen, die die obertägigen Installationen bzw. die Stahlverrohrung der Bohrungen nicht korrosiv schädigen. Ein weiterer Aspekt ist, dass die im Untergrund natürlich vorkommenden radioaktiven Elemente, die mit Thermalwasser in natürlich vorkommenden Mengen an die Oberfläche gefördert werden, nicht in die Mineralablagerungen eingebaut werden und damit an der Erdoberfläche verbleiben. In diesem Bereich finden derzeit intensive Forschungsarbeiten statt.

Umweltgerechte Anwendungen der Technologien zur Geothermienutzung werden derzeit von verschiedenen Partnern aus der Wissenschaft entwickelt. Aufgabe des Steinbeis-Transferzentrums Reservoirtechnologie und Geoenergie ist es, diese Entwicklung zusammen mit Industriepartnern umzusetzen. In diesem Zusammenhang begleitet das Zentrum Industriepartner bereits in der Planungsphase, um ideale Standorte zu entwickeln, die einen verringerten Bedarf an Stimulationsmaßnahmen aufweisen. Damit soll die Akzeptierbarkeit der Technologie für die Bevölkerung in Deutschland erhöht werden.

Kontakt

Dr. Eva Schill leitet das Steinbeis-Transferzentrum Geoenergie und Reservoirtechnologie. Das Zentrum bietet seinen Kunden Technologietransfer für die Entwicklung von industriellen Geoenergie-Projekten, Technologieentwicklung für unkonventionelle Geoenergien, die Durchführung von Machbarkeitsstudien für nicht-konventionelle Georessourcen sowie Weiterbildungskurse im Bereich Reservoirexploration, Geothermie und unkonventionelle Kohlenwasserstoffe an.

Dr. Eva Schill
Steinbeis-Transferzentrum Geoenergie und Reservoirtechnologie (Lottstetten-Nack)
su1677@stw.de | www.steinbeis.de/su/1677

Seite teilen