Berlin: Erdwärme aus dem Muschelkalk? - Testprojekt soll Eignung von poröser Kalkschicht unter dem Stadtgebiet erkunden - scinexx.de
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Berlin: Erdwärme aus dem Muschelkalk?

Testprojekt soll Eignung von poröser Kalkschicht unter dem Stadtgebiet erkunden

Bohrloch
Über dieses Bohrloch haben Forscher Zugang zur Schaumkalkschicht unter dem Berliner Grunewald – einer Schicht, die sich für die Erdwärmenutzung eignen könnte. © Daniel Acksel/ GFZ

Ungenutztes Reservoir: 500 Meter unter dem Stadtgebiet von Berlin liegt eine Gesteinsschicht, die der Metropole möglicherweise Erdwärme liefern könnte. Denn der Muschelkalk ist stark porös und enthält rund 32 Grad warmes Tiefenwasser. Ob sich dieses Wasser fördern lässt und wie viel Wärmeenergie sich daraus gewinnen ließe, untersucht nun ein Forschungsprojekt. Sein großer Vorteil: Alte Erdgasspeicher bieten leichten Zugang zum Gestein.

Geothermie nutzt die Wärme des Untergrunds zur Wärmegewinnung – und das geht auch in Deutschland. Denn auch bei uns existieren heiße Tiefenwässer oder auch warme Gesteinsschichten, in denen hinabgepumptes Wasser aufgeheizt werden kann. Mithilfe von Erdwärmesonden oder Wärmepumpen lassen sich dabei schon relativ geringe Temperaturunterschiede zur Oberfläche für die Wärmegewinnung nutzen.

Kalkformation
Im Tagebau von Rüdersdorf bei Berlin tritt die Muschelkalk-Formation an die Oberfläche. © Christian Wenzlaff

Poröse Kalkschichten in 500 Meter Tiefe

Ein solches Wärmereservoir könnte unter dem Stadtgebiet von Berlin liegen. Denn in 500 Meter Tiefe unter dem im Südwesten Berlins liegenden Grunewald gibt es eine Schicht aus urzeitlichem Muschelkalk, die gute Voraussetzungen für die Wärmegewinnung bieten könnte. Dieses Karbonatgestein ist rund 32 Grad warm und umfasst zwei jeweils 15 Meter dicke Lagen von besonders porösem Schaumkalk.

Dieses von unzähligen Poren durchsetzte Gestein entstand vor rund 240 Millionen Jahren am Grund eines flachen Meeres. Damals lagerte sich Kalk an Sandkörnern, Muschelschalen-Fragmenten und anderen Bröckchen ab. Im Laufe der Jahrmillionen verwitterte ein Großteil der einst umschlossenen Partikel und es bildeten sich wassergefüllte Hohlräume. So entstand die schwammartige, aber harte Schicht des Schaumkalks. Wegen seiner vielen Poren und dem in ihm gespeicherten warmen Wasser könnte sich dieses Gestein prinzipiell als Wärmelieferant eignen.

Alte Gasbohrlöcher als Zugang

Doch ob das funktioniert und sich lohnt, hängt ganz entscheidend davon ab, wie viel Wasser im Karbonat-Gestein des Schaumkalks steckt und welche Mengen durch die dort unten natürlich entstandenen Klüfte strömen können. Denn nur wenn man das warme Wasser auch nach oben fördern kann, lässt es sich für die Wärmegewinnung direkt nutzen.

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„Um das herauszubekommen, müsste man normalerweise eine Bohrung bis in den Schaumkalk vorantreiben“, erklärt Guido Blöcher vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam. Eine solche Bohrung ist jedoch aufwändig und teuer.

Doch die Forscher haben Glück: Unter der Schaumkalkschicht liegt ein alter Erdgasspeicher, in dem früher Gasreserven für den schwankenden Bedarf der Stadt gelagert wurden. Von dieser Nutzung sind noch zahlreiche Bohrlöcher erhalten, die auf dem Weg zum gut 1.000 Meter tiefen Gasspeicher auch die Muschelkalkschicht durchqueren. Die 2017 stillgelegte Anlage bietet damit den Wissenschaftlern eine einmalige Gelegenheit, die potenzielle Wärmequelle zu erkunden.

Projekt untersucht Eignung des Kalks

Genau das passiert nun im Rahmen des ATES iQ-Projekts. Als erstes führen die Forscher dabei ein Messkabel in die Bohrung ein, das entlang der gesamten Länge der Bohrung unter anderem die Temperatur misst. Dadurch lässt sich erkennen, wie diese sich beim Hochpumpen von Wasser oder beim Verpressen von Oberflächenwasser verändert. „Auf diese Weise können wir erkennen, wo sich durchlässige Gesteinsschichten entlang der Bohrung befinden“ erklärt GFZ-Forscher Jan Henninges.

In einem weiteren Test wird die chemische Zusammensetzung des Tiefenwasser ermittelt. Dafür holen die Wissenschaftler Wasserproben aus dem Muschelkalk an die Oberfläche. Sie untersuchen die darin enthaltenen Substanzen, um zu erkunden, woher das Wasser kommt und ob man es nutzen könnte. Denn die Menge an gelösten Salzen verrät unter anderem, wie stark die Korrosion beim späteren Pumpen sein wird.

Hochgedrückt und hinuntergepresst

Um die Menge des Wassers abzuschätzen, das aus den Klüften im Schaumkalk fließt, werden die Wissenschaftler Stickstoff unter Druck in die Bohrung pumpen. Dadurch schießt Tiefenwasser nach oben und die Forscher können messen, wie viele Kubikmeter davon pro Stunde aufsteigen. In einem ergänzenden Test wird das in der Bohrung stehende Wasser mit Stickstoff rund hundert Meter in die Tiefe gedrückt.

Über ein Ventil wird dann der eingepresste Stickstoff sehr schnell abgelassen und das Wasser steigt in der Bohrung wieder nach oben. „Aus diesem Wiederansteigen können wir berechnen, welche Wassermengen später in einer Stunde gefördert werden können“, erklärt Blöcher. An Hand dieser Mengen können er und seine Kollegen dann abschätzen, ob sich das Nutzen der Erdwärme dort rentiert.

Sollte das Fall sein, könnte der Schaumkalk künftig nicht nur die Metropole Berlin, sondern vielleicht auch ihr Umland mit Wärme versorgen. Denn auch die poröse Muschelkalkschicht setzt sich über die Stadtgrenzen Berlins hinweg fort.

Quelle: Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

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