Das Hot Dry Rock-Verfahren

Rund 90% des geothermalen Gesamtpotenzials in Deutschland sind der petrothermalen Geothermie zuzuordnen. Das bedeutet, dass die interessantesten Wärmequellen in sehr großer Tiefe zu finden sind, wo es allerdings keine Heißwasser-Zonen (Aquifere), sondern lediglich hartes kristallines heißes Gestein gibt.

Wie auch bei einem Heizkörper, der in nahezu jedem Haushalt zu finden ist, hängt die Wärmemenge, die von einem Medium zum anderen über gehen kann, von der Oberfläche des „Wärmetauschers“ ab. Nur mit einer großen Oberfläche zwischen dem Gestein und dem Arbeitsmittel – hier durch die Bohrungen eingepresstes kaltes Wasser – können kontinuierliche Wärmeflüsse erreicht werden. Der geologischen Situation entsprechend (trockenes, heißes Gestein) spricht man bei der Erschließung der heißen Erdwärmezone vom Hot-Dry-Rock- bzw. HDR-Verfahren. Andere Bezeichnungen sind Enhanced Geothermie Systems (EGS) und Stimuliertes Geothermisches System (SGS).

Beim HDR-Verfahren sind somit verschiedene Herausforderungen zu bewältigen: Zunächst muss eine geeignete Stelle gefunden werden. An diesen Standort werden große Anforderungen gestellt, denn einerseits muss sich dort eine wirtschaftlich ausreichende Wärmemenge im Gestein befinden, die das System möglichst über mehrere Jahre mit ausreichend hohen Temperaturen speisen kann. Hier spielt es auch eine Rolle, welche Wärmemenge aus dem Erdinneren in einem kalkulierbaren Zeitraum die Entnahmestelle erreichen kann. Um dies abschätzen zu können, sind Kenntnisse über die Beschaffenheit der benachbarten Gesteinsschichten wichtig. Jedes Gestein hat eine spezifische Wärmeleitfähigkeit. Berücksichtigt man zudem die Dicke der Gesteinsschichten und kennt man die Temperaturdifferenzen zu den speisenden Quellen, lässt sich die Zeit berechnen, die für den Ausgleich der entnommenen Wärmemenge erforderlich ist.

Wird mehr Wärme entnommen, als auf dem natürlichen Weg nach gefördert werden kann, so wird die Geothermie-Anlage nach einer gewissen Zeit unbrauchbar! Stellt sich nach den Sondierungsbohrungen heraus, dass die Anlage zwar wirtschaftlich betrieben werden, jedoch weniger als die kalkulierte Wärmemenge gefördert werden kann, so spricht man von einer Teilfündigkeit.

Um selbst bei einer guten geothermalen Quelle eine Anlage wirtschaftlich sinnvoll betreiben zu können, bedarf es in der Tiefe eines „Wärmetauschers“ mit einer möglichst großen „Oberfläche“. Dort werden jedoch keine Rohre verlegt, sondern es werden mithilfe kleiner Sprengsätze Risse ins Gestein gesprengt. Durch den Druck eingepressten kalten Wassers werden diese Risse zusätzlich erweitert.

Durch die Vielzahl kleiner Risse im Gestein wird mit hohem Druck das Wasser vom Injektionsrohr zu den Förderrohren getrieben. Die Risse sind in der Regel im Durchschnitt weniger als ein Millimeter breit und die Bohrungen liegen meist mehrere hundert Meter weit auseinander. Das großflächige Areal stellt einen großzügig dimensionierten Wärmetauscher dar. Auf diese Weise kann Wärmeenergie im Megawattbereich an die Oberfläche befördert werden, dort Dampfturbinen antreiben und zur Beheizung von Gebäuden in Fernwärmenetze eingesetzt werden.

Das Hot-Dry-Rock-Verfahren wurde in verschiedenen Projekten mit Mikrobeben als Begleiterscheinung in Zusammenhang gebracht. Eine Anlage in Basel verursachte nach Medienmeldungen Beben bis zu einer Stärke von 3,4 auf der Richterskala. Grund sind tektonische Spannungen im Gestein. Durch das Aufbrechen des Gesteins in großer Tiefe und über eine Fläche von mehreren hundert Quadratmetern geben diese Bereiche dem Druck des Gesteins nach und es kommt zu unterirdischen Mikrobewegungen.

(rs/12-2015)