Geothermie

Blick auf die Geothermie Anlage Soultz-sous-Fôrets.
(Foto © T. Schäfer 2013)
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 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, da der Anteil der schwankenden Energieträger weiterhin gering an CO2-Emissionen und praktisch unerschöpflich ist.

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. Geothermische Solen Im Oberrheingraben sind im Allgemeinen stark mineralisiert und werden beim Abkühlen im Wärmetauscher gegenüber Sulfat-Feststofflösungen übersättigt, z.B. (Ba,Sr)SO4 und andere Mineralphasen. Einige geothermische Kraftwerke haben die Anwendung von Sulfat-Scaling-Inhibitoren sehr erfolgreich getestet. Seit der Anwendung des Sulfatinhibitors sind Sulfatmineralien in den Scalingproben nicht mehr nachweisbar. Die unter dem Sulfat- Inhibitor gebildeten Scalings sind Pb-dominiert und bestehen hauptsächlich aus Bleiglanz (PbS), elementarem Blei (Pb), Arsen (As) und Antimon (Sb). As und Sb sind wahrscheinlich als eine nanokristalline intermetallische gemischte Verbindung ((Sb,As) oder Pb3(Sb,As)2S3) vorhanden. Die Abwesenheit von Baryt-Mineralien zeigt den Erfolg der Anwendung des Sulfat-Inhibitors. Die Abscheidung von elementarem Pb, As und Sb, die edler sind als Eisen, kann die Korrosion von Stahlrohren im geothermischen Wasserkreislauf verstärken. Elutionstests und Oxidation der Scalings bei Lagerung unter atmosphärischen Bedingungen zeigen, dass eine ordnungsgemäße Entsorgung der toxischen Schwermetall- und Metalloid-haltigen Scalings eine Herausforderung darstellen kann.

Projektleiter: Thorsten Schäfer & Frank Heberling (KIT-INE)