27.03.2023

DeepStor: KIT-Projekt um überschüssige Energie als Erdwärme im Untergrund zu speichern

DeepStor: KIT-Projekt um überschüssige Erdwärme im Untergrund zu speichern - Wo aktuell noch grüne Wiese am Campus Nord des KIT ist, soll zukünftig im Projekt DeepStor gebohrt werden. (Credits: KIT)

Das Projekt DeepStor am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) untersucht, wie überschüssige Erdwärme im Untergrund gespeichert werden kann.

Die Energiewende kann nur mit der Wärmewende funktionieren. Geothermie soll dabei zum Arbeitspferd werden – um Wärme regenerativ zu erzeugen und um sie zu speichern. Letzteres ist Ziel des Projekts DeepStor, für das Professorin Eva Schill und ihr Team auf dem Campus Nord des KIT Bohrungen durchführen.

„Bereits mit heute verfügbarer Technologie könnte Geothermie ein Viertel des deutschen Wärmebedarfs decken“, sagt Schill, die am Institut für Nukleare Entsorgung des KIT forscht. Und mit der nächsten Technikgeneration, prognostiziert die Geologin, könne der Anteil auf etwa 50 Prozent steigen. „Unter unseren Füßen können wir aber nicht nur Energie gewinnen, wir können sie dort auch speichern.“

Effiziente Wärmeversorgung – auch für Altbau-Heizungen

Schill spricht von sogenannten Hochtemperatur-Aquifer-Speicher. Diese sind ein wichtiger Baustein ihrer Forschung. Die Idee, Wärme im Untergrund zu speichern, ist nicht neu. Die Technologie dazu ist ausgereift und wird in vielen Ländern schon heute kommerziell genutzt. „Doch da wird im Niedrigtemperaturbereich bis etwa 50 Grad Celsius gearbeitet“, so die Forscherin. „Wir hingegen wollen im Temperaturbereich von über 100 Grad Celsius arbeiten.“

Das bringe einige Vorteile. Denn viele der bestehenden Fernwärmenetze in der Bundesrepublik arbeiten bei 110 Grad Celsius. Hochtemperatur-Aquifer-Speicher ließen sich da nahtlos einbinden. Außerdem stellen hohe Vorlauftemperaturen weniger Ansprüche an die Bausubstanz der an das Wärmenetz angeschlossenen Gebäude. Das heißt, auch Altbauten würden sich auf diese Weise effizient mit Wärme versorgen lassen.

Salz in der Tiefe als Herausforderung für die Wärmespeicherung

Das Projekt DeepStor soll die Technik voranbringen. „Eine wichtige Frage für uns ist, wie wir effizient speichern können“, erklärt Schill. Um Antworten darauf zu erhalten, wird Ende dieses Jahres die erste von zwei Bohrungen auf dem Gelände des KIT Campus Nord gesetzt. Das Wasser, das dort unten in den Poren des Gesteins steckt, ist heiß und stark salzhaltig. Denn mit der Tiefe steigt die Temperatur. Anderthalb Kilometer unter unseren Füßen herrschen etwa 100 Grad Celsius. Und auch der Salzgehalt steigt rapide an. „Hier im Oberrheingraben beträgt die Salzkonzentration in der von uns anvisierten Tiefe über 120 Gramm Salz pro Liter Wasser“, erklärt Schill. Und das könne zum Problem werden.

Denn die gelösten Salze reagieren auf Veränderungen ihrer Umgebung. Ändern sich Temperatur oder Druck – weil etwa erwärmtes Grundwasser zum Speichern eingeleitet wird – setzt das chemische Reaktionen in Gang. Im Gestein abgelagerte Salze können in Lösung gehen. Das wäre einerseits gar nicht schlecht. Denn dadurch vergrößern sich die Porenräume im Gestein und es gibt mehr Speicherplatz. „Andererseits kann es aber auch zur Ausfällung kommen“, gibt die Forscherin zu bedenken. „Das heißt, in Wasser gelöste Salze werden fest. Das ist schlecht für uns, denn sie verstopfen dann die Poren des Gesteins, in denen wir das erwärmte Wasser speichern wollen.“ Die Forschenden in DeepStor wollen herausfinden, wie man damit umgehen kann.

Dass es sich lohnen wird, die Herausforderung anzunehmen, da ist sich Schill sicher. „Da unten beeinflussen wir nicht das Grundwasser, das wir zur Trinkwassergewinnung nutzen können und es ist viel Platz, um sehr große Mengen Wärme zu speichern.“ Warum das wichtig ist, hänge auch mit der Wärmegewinnung aus tiefen geologischen Einheiten zusammen. „Geothermie in größeren Tiefen sollte kontinuierlich betrieben werden. Denn jedes An- und Abschalten verändert die Umgebungsbedingungen und kann dadurch Störungen provozieren“, sagt Schill. Dann würden Geothermiekraftwerke auch im Sommer Wärme produzieren, wenn wir davon nur wenig brauchen. In den Hochtemperatur-Aquifer- Speichern ließe sich die Wärme für den Winter aufbewahren.

Dialog mit der Bevölkerung ist essenziell

In der Bevölkerung ruft Geothermie allerdings nicht immer Begeisterungsstürme hervor. Es kursieren Vorbehalte und Ängste, die sich nicht selten in Bürgerbegehren Luft machen – etwa zur Sicherheit des Trinkwassers oder der Freisetzung des radioaktiven Gases Radon, das sich im Untergrund befindet. Eine Herausforderung, der sich Eva Schill und ihr Team bewusst sind. Die Forschenden begegnen den Fragen aus der Bevölkerung daher mit dem Dialog. „Wir binden die Bürgerinnen und Bürger von Anfang an in das Projekt mit ein“, sagt Dr. Florian Bauer aus Schills Forschungsgruppe. „Wir haben die Öffentlichkeit bereits in die Genehmigungsverfahren für DeepStor miteinbezogen und ein Co-Design mit den umliegenden Gemeinden gestartet.“

Quelle: KIT

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