EP8 - Wirtschaftliche Verwertung (JENA-GEOS®)


Ziele

Forschung soll neben der ergebnisoffenen Grundlagenforschung insbesondere der Lösung gesellschaftlich relevanter Herausforderungen dienen. Gerade die Geowissenschaften können zu Fragestellungen des Klimawandels, der daraus resultierenden Energiewende in Deutschland und grundsätzlichen Themen zur Daseinsvorsorge der Bevölkerung, z. B. mit Trinkwasser, entscheidende Beiträge leisten. Im Rahmen des INFLUINS-Verbundprojektes wendet sich JENA-GEOS® vor allem den Fragestellungen zu, die mit der Energiewende verbunden sind.

Die JENA-GEOS® wird mit den Ergebnissen von EP8 einen wertvollen Beitrag zum Erfolg des Verbundprojektes INFLUINS leisten und helfen, einen technologischen und ökonomischen Vorsprung zu implementieren, der einen zukünftigen Technologietransfer auf bundesweiter und internationaler Ebene generieren wird.

Arbeitsgebiet

EP 8 beschäftigt sich im Kontext der wissenschaftlichen Nachnutzung mit den energetischen Geopotentialen des Thüringer Beckens.

Initiales Arbeitsgebiet ist hierbei die Nutzbarmachung der Tiefen Geothermie als grundlastfähige Erneuerbare Energie. Aufgrund konkreter Projektentwicklungen der Tiefen Geothermie im Freistaat Thüringen wurde das Betrachtungsgebiet auf Südthüringen ausgedehnt.

Im Ergebnis der aktuellen Debatten in Bezug auf die politische Weiterentwicklung der Energiewende und der absehbaren Umbrüche bei den ordnungsrechtlichen und finanztechnischen Rahmenbedingungen bei der Förderung Erneuerbarer Energien (Novellierung EEG-Einspeisevergütung, Einführung eines Speichergesetzes im Rahmen eines einheitlichen Energiegesetzes, Änderungen Marktdesign im Energiemarkt), wurde eine weiterführende Arbeitsthese entwickelt, bei der die Untergrundspeicherung von "grünem" Wasserstoff und Synthese-Methan zur Verbesserung der Grundlastfähigkeit Erneuerbarer Energien beitragen kann.

Methodik

Die JENA-GEOS®-Ingenieurbüro GmbH befasst sich seit längerem u. a. mit mehreren Forschungs- und Entwicklungsprojekten (FuE) zur Sustainability im Geo-Bereich. Hierzu gehören mehrere, unter Koordination von JENA-GEOS® bearbeitete Verbundprojekte im Rahmen der Nachhaltigkeitsforschung sowie Forschungen zur Geothermie und der Bewertung von Georisiken.

Die Identifizierung, Erfassung und Bewertung von Geopotenzialen sowie deren Monetarisierung stellen hierbei eine zentrale Arbeitsmethode dar. Um die im EP 8 gesteckten Ziele zu erarbeiten, ist die Zusammenarbeit und Konsultation mit den anderen Einzelprojekten ein wichtiger Bestandteil. Zudem ist die Auswertung von Bohrdaten, geologischen Profilen, thermischen Profilen und Altberichten ein zentrales Gebiet, um die Potentiale der Tiefen Geothermie ermitteln zu können. Hierzu ist JENA-GEOS® in Zusammenarbeit mit verschiedenen Projektpartnern an weiterführenden Forschungsprojekten, wie z. B. OPTIRISS, beteiligt.

Ergebnisse

A.) Begleitung der Projektentwicklung Tiefe Geothermie Thüringen

In Bezug auf die wirtschaftlichen Nutzungsoptionen der Tiefen Geothermie in Thüringen liegen weitreichende Kenntnisse vor.

Am Standort Erfurt sind keine wirtschaftlich nutzbaren hydrothermalen Reservoire nachweisbar, die für einen wirtschaftlichen Betrieb eines hydrothermalen Kraftwerkes mit Stromproduktion genutzt werden könnten. Es besteht aber die Möglichkeit mittels petrothermaler Erschließungstechniken im Liegenden des Thüringer Beckens spröd-elastische Kristallingesteine des Grundgebirges als Reservoir zu nutzen. Am Standort Erfurt besteht der petrothermale Reservoirhorizont aus Migmatiten der Mitteldeutschen Kristallinzone. Bei Reservoirteufen ab 5.500 m u. GOK wird im kristallinen Reservoir ein hinreichend hohes Temperaturniveau erwartet, um mit den aktuell verfügbaren Technologien einen wirtschaftlichen Kraftwerksbetrieb zu ermöglichen. Fragestellungen zu petrothermalen Erschließungskonzepten werden bereits in wissenschaftlichen Anschlussprojekten bearbeitet.

Obgleich die Bewertung von Chancen und Risiken der Tiefen Geothermie in Thüringen zeigt, dass die Umsetzung von Demonstrationsvorhaben insbesondere in Südthüringen eine herausragende Perspektive hat, zeigt die mangelhafte öffentliche Akzeptanz, dass Fragestellungen der Risikobewertung in Bezug auf Seismizität, Rissausbreitungsprozesse oder hydrogeologisch-chemischen Wechselwirkungen sowie der Kommunikation für das INFLUINS-Netzwerk wichtige Anknüpfungspunkte bietet.

B.)  "Verbesserung der Grundlastfähigkeit Erneuerbarer Energien durch Gas-Untergrundspeicher" - Evaluierung des Verwertungspotenzials

Thüringen bietet zahlreiche potentielle Gasspeicherstrukturen unterschiedlichster Größe und Primärgasfüllung (abgebaute Erdgaslagerstätten, nicht abgebaute Schwachgaslagerstätten). Bedarfskonform erfolgt bereits seit Jahrzehnten eine Nutzung einzelner Speicherstrukturen im Thüringer Becken für die saisonale Speicherung von Erdgas.

Die Dichte und die Qualität der vorhandenen Energie-Infrastruktur in Kombination mit den geologischen Voraussetzungen für neue Untergrundgasspeicher machen Thüringen zu einem ausgezeichneten Standort mit Blick auf die Realisierung neuer Energieversorgungskonzepte.

  • Die zentrale Lage in Deutschland und in Mitteleuropa macht den Freistaat zum Transitland nicht nur für Verkehrstrassen, sondern auch für Gaspipelines und Hoch-/ Höchstspannungsleitungen. Thüringen verfügt über ein dichtes Gas- und Stromnetz.
  • Im Zentralbereich Thüringens befindet sich ein Großteil der Anlagen für die Erzeugung Erneuerbarer Energien (Photovoltaik, Windkraft, Biomasse).
  • Innerhalb des Thüringer Beckens wurden zahlreiche geologische Strukturen nach­gewiesen, die zur Speicherung von Gasen geeignet sind. Ein Teil dieser Speicherstrukturen befindet sich im Bereich entlasteter Erdgaslagerstätten in Gewölbe- und Sattelstrukturen mit geeigneten Speichergesteinen.
  • Einige der Strukturen wurden nach der Gasgewinnung schon als Speicher genutzt bzw. können mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand ertüchtigt werden.
  • Das derzeit erkundete gesamte Speichervolumen in Thüringen wird auf mehr als 5 Mrd. m³ geschätzt. Dabei variieren die einzelnen Speichervolumina zwischen 50 Mio. - 3 Mrd. m³.
  • Einige Thüringer Strukturen sind mit Schwachgas - einem Gemisch von Methan und Kohlendioxid - gefüllt, was für die Methansynthese von außerordentlicher Bedeutung ist.
  • Die Speicher eignen sich sowohl als Betriebsspeicher für die Gaskomponenten H2 und CO2 als auch zur Fertiggaslagerung für Erdgas.

Das Thüringer Becken weist günstige Merkmale für die PGP-Technologie (Power-Gas-Power) auf. Neben der entwickelten Gas- und Stromwirtschaft besitzt es verschiedene Untergrund-Gasspeicherpotenziale, die speziell für die PGP-Technologie sehr geeignet sind.

Bekannte Speichergesteine in Thüringen findet man in den

  • Sandsteinen des Oberkarbon/Rotliegendformation (Porenspeicher),
  • Karbonatgesteinen der Zechsteinformation (Kluft- und Porenspeicher) und
  • Sandsteinen der mittleren Schichten der Buntsandsteinformation (Poren­speicher).

Anforderung an das Speichergestein ist ein miteinander verbundener Nutzungshohlraum von > 10 % und eine wirksame Abdeckung und Begrenzung aus stauenden Schichtenfolgen, die somit eine Diffusion in andere Gesteinsfolgen oder an die Erdoberfläche verhindern.

Im Thüringer Becken werden noch heute zwei Erdgasspeicher in abgebauten Erdgaslagerstätten betrieben.

Das INFLUINS-Netzwerk ist aufgrund seiner methodischen Kompetenzen, zum einem in Bezug auf strukturaufklärende Verfahren, zum anderen in Bezug auf die Untersuchung von Wechselwirkungsprozessen besonders geeignet, im Rahmen des wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Anschlusses o. g. Fragestellung weiterführend zu bearbeiten. Auch die herausragenden regionalgeologischen Kenntnisse verbunden mit den aktuellen Ergebnissen zu Aufbau und Entwicklung der Thüringer Mulde wird hierbei einen wichtigen Beitrag leisten.

Für den Ausbau der Untergrundspeicherung in Verbindung mit der Power-to-Gas-to-Power Technologie lohnt es weitere Anstrengungen zu unternehmen. Zudem könnte der Umstand der Ausstattung Thüringens mit derartigen Potenzialen einen wirtschaftlichen Aspekt bei der Speicherung von Energien benachbarter Bundesländer im industriellen Maßstab darstellen.

C.) Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Nachnutzung der Forschungsbohrung EF 1/12 mittels einer Tiefen Erdwärmesonde

Für die INFLUINS-Bohrung in Erfurt wird ab 2015 auf Grundlage des geplanten weiterführenden Forschungsprogramms eine wissenschaftliche Nachnutzung favorisiert.

Nach Abschluss der wissenschaftlichen Nutzung bestünde die Möglichkeit einer energetischen Nachnutzung der Tiefbohrung durch eine tiefe Erdwärmesonde. Eine erste Wirtschaftlichkeitsanalyse zeigt, dass sich eine Projektinitiierung und weiterführende Betrachtungen diesbezüglich lohnen.

Mitarbeiter/innen

Die Mitarbeiter/innen in EP8 finden Sie hier