Ungewollte Erderschütterungen: Tiefengeothermie ohne Nebenwirkungen möglich

21.03.2018 – Mit ihrem hohen Wärmepotenzial bildet u. a. auch die Tiefengeothermie einen Baustein für die Zukunft der Energieversorgung. In der Vergangenheit ist es dabei immer mal wieder zu Irritationen gekommen, zur sog. induzierten Seismizität, das heißt zu von menschlichen Aktivitäten verursachten Erschütterungen. Das Verpressen von Flüssigkeiten in den Untergrund wie in Tiefen-Geothermieanlagen kann zu spürbaren Erschütterungen der Erde führen; diese basieren auf grundlegenden mechanischen Prinzipien: Sowohl Verpressung als auch Förderung verändern den Porendruck – also den Wasserdruck im Gestein – und damit auch den Spannungszustand im Gestein. Dadurch können natürlich vorhandene Bruchflächen im Untergrund gegeneinander versetzt werden, ähnlich einem kleinen natürlichen Erdbeben, berichten die Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und haben sich daher diesem Problem angenommen.

Ausgehend von der sogenannten poro-elastischen Kopplung von Porendruck und Spannung, der Veränderung des Wasserdrucks und den mechanischen Spannungen im Gestein, haben Wissenschaftler vom Institut für Angewandte Geowissenschaften des KIT und vom am KIT angesiedelten Landesforschungszentrum Geothermie nun die durch Injektion und Förderung induzierte Seismizität untersucht.

Das Projekt wurde gemeinsam mit Forschern vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam und vom Ingenieurbüro Piewak & Partner in Bayreuth durchgeführt. „Für unterschiedlich orientierte Störungen wie etwa Bruchflächen im Untergrund lässt sich berechnen, ob durch die geotechnische Aktivität auf diesen Flächen induzierte Seismizität zu erwarten ist. Dies erlaubt es, Empfehlungen für das Positionieren von Bohrungen und den Förderbetrieb abzuleiten, um das Risiko induzierter Seismizität zu reduzieren“, fasst Dr. Birgit Müller vom KIT die Ergebnisse zusammen.

Besonders relevant sind diese Erkenntnisse für hydrothermale Systeme der tiefen Geothermie, die Wärme aus Thermalwasser gewinnen, das in einem unterirdischen Reservoir zirkuliert. Dabei wird das Wasser an einer Stelle gefördert und nach dem Abkühlen an einer anderen Stelle wieder injiziert. „Die Ergebnisse unserer Modellierungen zeigen, dass sich Wahrscheinlichkeit und Ausmaß induzierter Seismizität bei hydrothermalen Geothermiesystemen nicht nur durch ein aktives Porendruckmanagement im Reservoir, sondern auch durch ein optimales Positionieren der Bohrungen relativ zur Orientierung der tektonischen Spannungen erheblich reduzieren lassen“, so Müller zu den Forschungserkenntnissen. na