Forschung
Innovative Experimente in einem geothermischen Reservoir-Simulator
Überblick und Direkteinstieg
Experimenteller Aufbau (schematische Abbildung) mit Zugangsstollen, Störungen und Klüften im Gesteinskörper, Beobachtungsbohrungen von der Erdoberfläche und vom Untertagelabor aus, Sensoren an der Oberfläche und im Labor
Forschung direkt im Gestein: Von den Grundlagen zur Anwendung
Wie kann Wärme aus der Tiefe sicher und nachhaltig genutzt werden? Genau dieser Frage widmet sich GeoLaB. In einem unterirdischen Forschungslabor wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen, wie sich geothermische Energie aus heißem kristallinem Gestein in mehreren Kilometern Tiefe erschließen lässt und welche Prozesse dabei im Untergrund ablaufen. Ziel ist es, neue Technologien zu entwickeln und die Geothermie zu einer verlässlichen klimafreundlichen Energiequelle zu machen.
Das Besondere an GeoLaB: Die geplanten Experimente sollen direkt im Gestein stattfinden – dort, wo später auch Geothermieanlagen arbeiten. Zwar nicht in der gleichen Tiefe und bei gleichen Temperaturen, aber im gleichen Gesteinstyp und unter den komplexen Bedingungen einer realen Umgebung. So können hydraulische, mechanische, geochemische und thermische Prozesse direkt beobachtet und untersucht werden. Diese Erkenntnisse helfen, Risiken wie die induzierte Seismizität besser zu managen, Systeme effizienter zu planen und die Nutzung der Erdwärme aus dem kritallinen Gestein weiterzuentwickeln.
Die Entwicklung einer neuen Technologie profitiert von interdisziplinärer und internationaler Zusammenarbeit. GeoLaB bringt dafür Expertise aus verschiedenen Disziplinen zusammen und schafft eine Forschungsplattform für die Zusammenarbeit von Wissenschaft, Industrie und internationale Partner. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, das große Potenzial der Geothermie aus dem kristallinen Grundgebirge für eine klimaneutrale Wärmeversorgung besser nutzbar zu machen.
"Eine entscheidende Aufgabe der Forschung mit dem GeoLaB wird es sein, das Verständnis induzierter Seismizität zu verbessern und Maßnahmen zur Verhinderung experimentell zu demonstrieren."
Prof. Dr. Thomas Kohl, Karlsruher Institut für Technologie
Flyer zur GeoLaB-Forschung (Englisch)
Einordnung der Untersuchungsskala in GeoLaB
GeoLaB schließt die Forschungslücke zwischen Laboruntersuchungen und Tests in einem realen Geothermieprojekt mit Tiefbohrungen. Das heißt, das Untertagelabor bildet eine wissenschaftliche Brücke zwischen Untersuchungen in einem sehr kleinen Maßstab und dem Originalmaßstab. Damit sind die geplanten Versuche im GeoLaB eine Größenordnung kleiner als Anwendungen und Tests in einem Geothermieprojekt.
Und damit ist auch das Antwortverhalten des Untergrundes eine Größenordnung kleiner. Ergebnisse aus dem Untertagelabor müssen interpretiert und auf Geothermieprojekte übertragen werden. Dafür kommt ein großer Vorteil von Untertagelaboren zum Tragen: Die Messdichte ist größer, als es im realen Maßstab in einem tiefen Reservoir möglich ist. Das heißt, dass Prozesse im Gestein genauer kontrolliert, beobachtet und beschrieben werden können.
Die Skalen von wissenschaftlichen Untersuchungen in der Geothermieforschung reichen von der Nano- und Mikroskala im Bereich von Nanometern und Mikrometern bis zu der Skala von geothermischen Reservoiren im tiefen Untergrund im Kilometer-Bereich. Wissenschaftliche Hilfsmittel, Messgeräte und Methoden decken die ganze Bandbreite ab, von z.B. Mikroskop und Lupe bis zu geophysikalischen Messungen von großen Arealen.
Wissenschaftliche Untersuchungen in der Erkundungsphase
Derzeit wird untersucht, ob die Tromm aus wissenschaftlicher Sicht für die geplante Geothermieforschung geeignet ist. Schlüssel hierfür ist das Gestein und seine Eigenschaften. Eine besondere Rolle spielt das Vorhandensein von Klüften und Rissen im Gestein, die Wasser transportieren können. Die Forschenden führen deshalb Untersuchungen zur Geophysik, Geologie und Hydrogeologie durch.
Dafür wurden und werden geophysikalische und hydrogeologische Messungen und zwei Seismik-Messkampagnen direkt vor Ort durchgeführt sowie zwei Erkundungsbohrungen abgeteuft. In den Bohrungen wurden hydraulische Tests und Messungen der Gebirgsspannung vorgenommen. Gewonnene Gesteinsproben werden im Labor näher untersucht in Bezug auf ihre Mineralzusammensetzung und ihre geopyhsikalischen und geomechanischen Eigenschaften. Die Untersuchungen des Gesteins werden mit Computersimulationen ergänzt.
All diese Daten werden zusammengeführt als Grundlage für eine verantwortungsvolle Entscheidung zur wissenschaftlichen Eignung der Tromm für die Geothermieforschung. Die Entscheidung über die geowissenschaftliche Eignung der Tromm-Region ist für das späte Frühjahr 2026 geplant.
Im Rahmen des vom BMFTR geförderten, gemeinsamen Projekts GeoDT werden die gewonnenen Datensätze in einen digitalen Zwilling integriert und in 3D visualisiert.
