Forschung
Innovative Experimente in einem geothermischen Reservoir-Simulator
"Der Einsatz und die Entwicklung modernster Beobachtungs- und Auswertemethoden mit dem GeoLaB wird die sichere und ökologisch nachhaltige Nutzung der Geothermie und des unterirdischen Raumes prägen."
Prof. Dr. Eva Schill, Lawrence Berkeley National Laboratory, Kalifornien, USA
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
Das Forschungsziel von GeoLaB ist die Entwicklung umweltgerechter, innovativer geothermischer Technologien auf wissenschaftlicher Basis. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf eine enge Interaktion mit der Gesellschaft gelegt. Folgende Ziele werden in GeoLaB adressiert:
- Multidisziplinäre Erforschung gekoppelter thermisch-hydraulisch-mechanisch-(bio)chemischer Prozesse (THMC) mit modernster Visualisierung und "digitalem Zwilling"
- Strömungsexperimente unter kontrollierten Bedingungen (CHFE - Controlled High-Flow Experiments) als Basis für ein effizientes und nachhaltiges Management von geklüfteten Reservoiren
- Entwicklung effizienter und umweltfreundlicher Bau- und Nutzungstrategien für unterirdische Anlagen
- Entwicklung von Strategien für eine transparente Interaktion zwischen Forschung und Gesellschaft im Rahmen von Forschungsinfrastrukturen
Die komplexen Prozesse, die bei der tiefengeothermischen Nutzung im kristallinen Gestein ablaufen, sind tief im Untergrund verborgen und können nur unzureichend von einem Bohrloch oder der Oberfläche aus erfasst werden. Der Schwarzwald und Odenwald bieten der Wissenschaft eine einzigartige Möglichkeit: Das Reservoirgestein des Oberrheingrabens, das dort in einer Tiefe von mehreren Kilometern liegt, wurde hier angehoben und ist der Wissenschaft zugänglich. Hier könnten deshalb von einem Stollen aus wissenschaftliche Versuche unter Bedingungen durchgeführt werden, die denen im Reservoir ähneln. Die dabei ablaufenden Prozesse können vom Untertagelabor aus dreidimensional mit einem dichten Netzwerk an Sensoren beobachtet werden. Dabei kommen moderneste Monitoring- und Analysewerkzeuge zum Einsatz.
Die geplanten Experimente können so wesentlich zum Verständnis der komplexen Prozesse, die bei der Erschließung und beim Betrieb von EGS-Systemen (Enhanced Geothermal Systems) auftreten, beitragen. Ein solches fundiertes Verständnis ist die Grundlage für eine sichere und nachhaltige Nutzung der Geothermie unter sozio-ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten. Dies ist besonders im Hinblick auf induzierte Seismizität wichtig.
Die Entwicklung einer neuen Technologie profitiert von internationaler Zusammenarbeit. Deshalb will GeoLaB Synergien mit komplementären Untertagelaboren und Projekten weltweit erzeugen. GeoLaB hat das Potential, die Geowissenschaften nachhaltig zu prägen.
"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
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. Dies bedeutet, dass die geplanten Versuche im GeoLaB eine Größenordnung kleiner sind als Anwendungen und Tests in einem Geothermieprojekt.
Damit ist auch das Antwortverhalten des Untergrundes eine Größenordnungkleiner. 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.