Geothermie

Abb.1: Blick auf die Geothermie Anlage
Soultz-sous-Fôrets. (Foto © T. Schäfer 2013).
Abb.2: Ausgebautes Rohrleitungsstück mit Scalingbildung.
(Foto © T. Schäfer 2013)

 

 Die Erdkruste bietet eine große Menge an Wärme, die sowohl für Strom als auch für Wärme- und Kühlzwecke genutzt und in Energie umgewandelt werden kann. Die Nutzung dieser Geothermie kann einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der angestrebten Energiewende leisten. Sogenannte "konventionelle" Geothermie-Anlagen, die heiße hydrothermale Reservoire nutzen, leisten seit jeher einen kommerziellen Beitrag zur Energieversorgung in günstigen geologischen Settings wie Island oder der Toskana / Italien. Das Konzept der Enhanced Geothermal Systems (EGS) ist jedoch ein viel jüngerer Ansatz, um die in der Erdkruste gespeicherte Wärme unabhängig von bestimmten geologischen Bedingungen für eine stabile Versorgung mit Wärme und Strom zur Verfügung zu stellen. Solche Systeme bieten ein enormes Potenzial für ein nachhaltiges Energiekonzept, da sie Grundlastenergie bereitstellen und somit einen wichtigen Eckpfeiler für einen zukünftigen Energiemix bilden, und zudem zumeist gering an CO2-Emissionen und praktisch unerschöpflich sind.

Mineralische Ausfällungsprozesse in den Oberflächeninstallationen von Geothermiekraftwerken können sich negativ auf die Kraftwerksleistung auswirken. Darüber hinaus akkumulieren diese Fällungsprodukte häufig innerhalb des geothermischen Wasserkreislaufs gebildete natürliche Radionuklide (NORM). Folglich kann die Scaling- Bildung zu Dosisraten führen, die von radiologischer Bedeutung sind, und Scalings, die möglicherweise als radioaktiver Abfall entsorgt werden müssen. Um diese Probleme zu minimieren und die Verfügbarkeit von geothermischen Kraftwerken zu fördern, ist es von großem Interesse, Prozesse der Scales- Bildung zu verstehen und Methoden für ihre Hemmung zu entwickeln. 

Die Effizienz geothermischer Anlagen ist stark von den Fluiden abhängig, welche die Erdwärme aus den Tiefen an die Oberfläche transportieren. Diese werden durch ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften beschrieben. Hinsichtlich der chemischen Eigenschaften existieren wenig Daten zur Zusammensetzung und Stabilität von organischen Stoffen in geothermischen Fluiden. Zum laufendem EU Projekt „REFLECT” (Redefining geothermal fluid properties at extreme conditions to optimize future geothermal energy extraction) wird gegenwärtig am GeoForschungsZentrum (GFZ) Potsdam auf diesem Gebiet geforscht. Organische Stoffe wie aliphatische Kohlenwasserstoffe (Formiat, Acetat und Propionat), sowie aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol. Auch BTEX genannt), haben wichtige Funktionen in Tiefenfluiden. Sie dienen als Nährstoffe für Mikroorganismen und beeinflussen Fluid-chemische Eigenschaften durch Komplexierung und Fluid-physikalische Eigenschaften durch ihre Zersetzung bei steigenden Temperaturen. Der Fokus dieser Forschung liegt insbesondere bei der Zusammensetzung, Stabilität und Interaktion bzw. Auswirkung von organischen Stoffen in natürlichen geothermischen Fluiden.

Projektleiter: Alessio Leins, Doktorand (FSU Jena/GFZ Potsdam), Thorsten Schäfer