Energie durch Geothermie: Forschungsprojekt DESTRESS

10.10.2016 |  Von  |  News
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Energie durch Geothermie: Forschungsprojekt DESTRESS
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Die Wärme im Erdinneren nutzen – und zwar umweltfreundlich, nachhaltig und wirtschaftlich? Diesen Wunsch hegt nicht nur die Schweiz mit der Energiestrategie 2050. Im künftigen Energiemix sieht Europa für die Geothermie eine entscheidende Rolle. Methoden und Machbarkeit sollen anhand des internationalen Projekts DESTRESS geprüft werden.

Zahlreiche Universitäten und Firmen entwickeln und erforschen weltweit Geothermieprojekte zur Strom- und Wärmegewinnung. Trotz einiger Erfolgsgeschichten in geologisch besonders vorteilhaften Bedingungen, etwa im Raum München oder in vulkanischen Gebieten, zeigt sich, dass es nicht leicht ist, tiefe Geothermieanlagen erfolgreich zu realisieren. Das Feld möglicher Stolpersteine erstreckt sich von Misserfolgen in der Explorationsphase über Reservoirs mit ungenügender Durchlässigkeit und Produktivität bis hin zu ausgelösten Erdbeben und oft damit verbundenem Widerstand in der Bevölkerung.

Das „Schweizer Kompetenzzentrum für Energieforschung – Strombereitstellung“ (SCCER-SoE) forscht intensiv an diesen Themen, zum Beispiel im Felslabor Grimsel[1]. Pilot- und Demonstrationsprojekte bleiben denn auch das wichtigste Element, um die Technologie zu testen, zu verbessern und gesellschaftliche Akzeptanz zu fördern. Allerdings dauert es typischerweise fünf bis zehn Jahre, bis ein tiefes Geothermieprojekt realisiert werden kann. In der Schweiz gibt es derzeit nur wenige Projekte in fortgeschrittenem Stadium.

Gemeinschaftsprojekt DESTRESS

An dieser Stelle kann die internationale und speziell die europäische Zusammenarbeit einen wichtigen Beitrag leisten. Die USA[2] und insbesondere die EU sehen die tiefe Geothermie als eine der Schlüsseltechnologien der künftigen Energielandschaft und unterstützen sie mittels zahlreicher Projekte.

Ein Beispiel dafür ist das im Rahmen des EU-Programms Horizon 2020 geförderte Projekt DESTRESS, an dem sich sechs europäische Länder und Südkorea beteiligen. DESTRESS zielt darauf ab, für verschiedene Demonstrationsstandorte Massnahmen und Methoden zu entwickeln und zu testen, die auf den lokalen geologischen Untergrund abgestimmt sind und umweltfreundliche sowie wirtschaftlich erfolgreiche Geothermieprojekte ermöglichen.

DESTRESS fokussiert auf Enhanced Geothermal Systems“ (EGS), also petrothermale Systeme, die sich aufgrund hydraulischer Stimulation im tiefen Untergrund herausbilden: Durch Einpumpen von Flüssigkeiten unter hohem Druck wird ein künstliches Reservoir erzeugt, in dem Flüssigkeit zirkuliert und sich erwärmt. EGS haben im Vergleich zu hydrothermalen Systemen den Vorteil, dass sie nicht auf bestehende wasserführende Schichten angewiesen und damit im Prinzip standortunabhängig sind. Der Erfolg solcher Projekte hängt von drei wesentlichen Faktoren ab: Geologie, Wirtschaftlichkeit und Gesellschaft.


Die Geothermieanlagen im Projekt DESTRESS. (Bild: DESTRESS)

Die Geothermieanlagen im Projekt DESTRESS. (Bild: DESTRESS)


Herausforderung Geologie

Bei der Geologie und der Wirtschaftlichkeit erweisen sich vor allem die Durchlässigkeit und die Produktivität des Reservoirs sowie die induzierte Seismizität als zentral. Viele Geothermieprojekte scheiterten in der Vergangenheit, weil sie zu geringe Flüssigkeitsmengen förderten und daher wirtschaftlich nicht rentabel waren. DESTRESS testet deshalb an verschiedenen Standorten, wie sich hydraulische, thermische und chemische Verfahren in Kombination auf die Produktivität einer Anlage auswirken.

Zudem gelangen neue Bohrtechnologien zum Einsatz: Bei sogenannten „multistage Stimulationsverfahren“ werden ausgehend von einem Bohrloch verschiedene horizontale Seitenarme erstellt, um die Effizienz des Systems zu steigern. Kleine Erdbeben sind dabei notwendig, um die Gesteinsdurchlässigkeit im gewünschten Umfang zu erhöhen. Die Kunst besteht darin, ausreichend kleine Erschütterungen zu erzeugen, ohne Erdbeben mit Schadenspotenzial auszulösen.

Dazu setzt DESTRESS unter anderem sogenannte adaptive Ampelsysteme ein, an denen in der Schweiz seit einigen Jahren intensiv geforscht wird. Diese basieren auf einer engmaschigen seismischen Überwachung, die mit statistischen und physikalischen Vorhersagemodellen kombiniert wird. Gekoppelt an Massnahmen, die bei Überschreitung von Grenzwerten greifen, zielen Ampelsysteme darauf ab, das seismische Risiko auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren.

Risiken erkennen

Geothermieprojekte sind mit verhältnismässig grossen Investitionskosten verbunden. Gewinnbringende Projekte setzen neben einer ausreichenden Produktivität breit akzeptierte Auswirkungen auf Gesellschaft und Umwelt voraus. Um gesellschaftliche Akzeptanz zu erreichen und regulatorische Bestimmungen einzuhalten, sind eine umfassende Analyse und transparente Auslegung der potentiell mit Geothermieprojekten verbundenen Risiken unabdinglich.

DESTRESS entwickelt und prüft an Demonstrationsstandorten mit unterschiedlichen geologischen Voraussetzungen innovative Ansätze und Methoden. Ein wichtiges Element besteht darin, die gewonnenen Erkenntnisse in Form von „best practices“ einem breiten Publikum zugänglich zu machen, damit alle, die ein umweltfreundliches, wirtschaftlich erfolgreiches und nachhaltiges Geothermieprojekt planen oder betreiben, möglichst wenig Lehrgeld bezahlen – sowohl in Europa als auch andernorts.

Stefan Wiemer hat diesen Beitrag gemeinsam mit Michèle Marti vom Schweizerischen Erdbebendienst an der ETH Zürich verfasst. Sie finden diesen Beitrag auch unter www.ethz.ch/zukunftsblog.

Weitere Informationen
[1] Siehe Beitrag von SRF zum Experiment „In-situ Stimulation and Circulation“.
[2] US-Departement of Energy: FORGE
Zum Projekt
DESTRESS testet verschiedene Methoden, um “Enhanced Geothermal Systems” (EGS) zu betreiben. Das Projekt hat zum Ziel, den Kenntnisstand zu verbessern und Lösungen für nachhaltige Geothermieprojekte zu erarbeiten. EGS ermöglichen es, das bisher unerschlossene Potenzial geothermischer Wärme verantwortungsvoll zu erschliessen. DESTRESS trägt dazu bei, die technologischen, ökonomischen und sozialen Chancen und Risiken der Geothermie besser zu verstehen. Bestehende und neue Projektstandorte wurden ausgewählt, um die im Rahmen von DESTRESS entwickelten Konzepte zu testen.
Die Schweiz ist in DESTRESS durch die ETH Zürich und die Geo-Energie Suisse AG vertreten. Das Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) unterstützt DESTRESS mit einem Beitrag von 7 Mio. CHF.
Weitere Informationen finden Sie auf destress-h2020.eu.

 

Artikel von: Zukunftsblog der ETH Zürich / Autoren: Prof. Dr. Stefan Wiemer, Michèle Marti
Artikelbild:  Die Geothermieanlage in Klaipėda, Litauen, ist Teil des Projekts DESTRESS. (© Bild: Geoterma – ETH Zürich)

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