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Geothermielabor Groß Schönebeck

Forschung für die Energieversorgung der Zukunft

Worunter Bergleute in den vergangenen Jahrhunderten zu leiden hatten, könnte die Zukunft unserer Energieversorgung sein: Erdwärme. In Deutschland steckt die Erzeugung von Strom aus dieser unerschöpflichen Energiequelle allerdings noch in den Kinderschuhen. Um das zu ändern, hat das Deutsche GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) im brandenburgischen Groß Schönebeck ein weltweit einzigartiges Geothermieuntersuchungslabor eingerichtet. Hier können Experimente zur Erschließung der Erdwärme unter natürlichen Bedingungen durchgeführt werden.

Geothermielabor Groß Schönebeck während des primären hydraulischen Tests am 5.1.2001 © GFZ Potsdam

Nicht nur im Kern unseres Planeten sondern bereits wenige hundert Meter unter der Erdoberfläche herrschen schweißtreibende Temperaturen – durchschnittlich drei Grad Celsius nimmt die Temperatur dort je einhundert Meter Tiefe zu. Unterschiedliche Verfahren ermöglichen uns bereits, diese Erdwärme an die Oberfläche zu fördern und zu nutzen: Erdwärmekollektoren und Grundwasserwärmepumpen zapfen beispielsweise die oberflächennahe Wärme bis in eine Tiefe von circa 400 Metern an. In der Tiefengeothermie nutzt das hydrothermale Verfahren die natürlichen Vorkommen von Thermalwassern, während das Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR) die Wärme durch mehrere Kilometer tiefe Löcher aus dem kristallinen und zumeist trockenen Gestein erschließt.

Eine wirtschaftliche Nutzung der Erdwärme zur Stromerzeugung erfordert allerdings Temperaturen von mindestens 150°C. Entsprechend tief müssen die Wissenschaftler daher in die Erde bohren. So reicht die Forschungsbohrung des GFZ mit dem „In situ Geothermielabor Groß Schönebeck“ denn auch rund 4.300 Meter in das Erdinnere.

Heißwasserleitungen im Untergrund

Geothermie-Potenzial in Deutschland © GFZ Potsdam

Der Standort der Bohrung im Norddeutschen Becken ist nicht ohne Grund gewählt. Die geologischen Bedingungen sind für weite Gebiete Mitteleuropas typisch und durch Erdgas- und Erdölbohrungen vergleichsweise gut erforscht. In einer Tiefe von etwa vier bis fünf Kilometern trifft man hier die notwendigen Temperaturen und wasserführende Gesteinsschichten – sog. Aquifere – an. Eben dieses heiße Tiefenwasser soll über eine Bohrung an die Erdoberfläche gefördert werden und mithelfen, die Turbinen eines Kraftwerks zur Stromerzeugung anzutreiben.

„Das GeoForschungsZentrum Potsdam untersucht das Potenzial der Geothermie bereits seit fast einem Jahrzehnt“, erklärt Professor Rolf Emmermann, Vorstandsvorsitzender des GFZ. „Wissenschaftlich und ökonomisch gesehen ist Stromerzeugung aus Geothermie unter hiesigen geologischen Bedingungen Neuland. Wir wissen aber: die im tieferen Untergrund vorhandene Erdwärme ist nicht nur umweltfreundlich, sondern bietet sich auch als nachhaltige Option für die zukünftige Energieversorgung an.“ Die Erfolg versprechenden Ergebnisse in Groß Schönebeck stimmen nicht nur die Wissenschaftler optimistisch, sondern haben auch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) überzeugt. Mit rund 10,1 Millionen Euro werden die weiteren Forschungsarbeiten gefördert. Bei Erfolg steht mit Vattenfall Europe auch schon ein Partner aus der Industrie zur Verfügung, um den geplanten Kraftwerksbau in Groß Schönebeck finanziell zu unterstützen.

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Lagerstättenproduktivität gezielt erhöhen

Die Geothermielagerstätte wird nun mit einer zweiten Forschungsbohrung ausgebaut. Über diese Bohrung soll das im obertägigen Kreislauf abgekühlte Thermalwasser wieder unter hohem Druck in den Untergrund verpresst werden. Auf diese Weise entsteht ein Zirkulationssystem, das für den Betrieb einer Stromerzeugungsanlage nachhaltig funktionieren muss. Neben den hohen Temperaturen sind dabei auch die Größe und Ergiebigkeit der Lagerstätte von Bedeutung. Denn umso mehr Poren und Klüfte das Gestein im Untergrund aufweist, desto mehr Tiefenwasser kann zirkulieren und die Wärme aufnehmen.

Geothermische Stromerzeugung setzt zwei Bohrungen, einen nachhaltigen Thermalwasserkreislauf und ein obertägiges Kraftwerk voraus. Über die erste Bohrung (Förderbohrung) wird das Wasser aus der Tiefe gefördert und nach seiner thermischen Nutzung im Kraftwerk über die zweite Bohrung (Injektionsbohrung) wieder in den Speicher geleitet. Das geförderte Wasser gibt seine Wärme über einen Wärmetauscher an ein schon bei geringen Temperaturen siedendes Arbeitsmittel ab, das in einem Sekundärkreislauf den Generator zur Stromerzeugung antreibt. © GFZ Potsdam

Mithilfe eines vom GFZ für die Geothermie entwickelten Verfahrens, dem Hydraulic Fracturing, können diese unterirdischen Speicher nun sogar künstlich erweitert werden. Dazu leiten die Forscher unter hohem Druck enorme Wassermengen in die Tiefe. Trotz der auflastenden Gesteinsschichten weiten sich dadurch im Untergrund bereits bestehende Klüfte und zusätzliche Risssysteme werden erzeugt. „Mit unserem neuen Stimulationsverfahren haben wir gezeigt, dass die Produktivität von Geothermielagerstätten gezielt gesteigert werden kann“, erklärt Ernst Huenges, Sektionsleiter Geothermie am GFZ Potsdam. „Die hier erprobte Stimulationstechnologie ist weltweit auf Gebiete ähnlicher geologischer Struktur übertragbar. Das Projekt hat damit Pilotcharakter für die geothermische Stromerzeugung.“ Erdwärme könnte also bald nicht nur in Brandenburg sondern auch in anderen Regionen Haushalte mit „sauberem“ Strom versorgen.

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Stand: 24.02.2006

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Inhalt des Dossiers

Detektive im System Erde
Das GeoForschungsZentrum Potsdam

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