Energie aus der Tiefe - Natürlich

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Energie aus der Tiefe

Schon die Römer nutzten die Erdwärme, auch Geothermie

genannt, für ihre Thermalbäder. Heute heizt heisser

Dampf aus der Erdkruste Häuser und erzeugt Strom.

In Basel soll nun das weltweit erste Geothermie-Kraftwerk

nach dem Deep-Heat-Mining-Verfahren entstehen.

Die Energie dazu kommt aus 5000 Meter Tiefe.

Text: Christoph Schwyzer

Foto: Zent-Frenger AG, Baar


Energie NATUR

Regnet es, fliesst kein Strom aus der

Fotovoltaik-Anlage. Bläst kein

Wind, stehen die riesigen Rotoren

der Windfarmen still. Sind einmal

die leicht zugänglichen Erdölvorkommen

verbraucht, wird die Gewinnung des Erdöls

umständlicher und somit teurer.

Gleichzeitig mit der unvermeidlichen Ölverknappung

steigt der Energiebedarf der

Weltbevölkerung stetig an. Langfristig

könnte die geothermische Energie, die als

Wärme in der Erdkruste gespeichert ist,

eine bedeutende Rolle spielen. Sie ist praktisch

unerschöpflich, sie liefert Bandenergie

und kann, nach dem heutigen Stand der

Forschung, ohne verheerende Folgen für

Mensch und Umwelt gewonnen werden.

«Ich habe schon viele Löcher gebohrt.

Bei manchen kam kein Öl raus, aber bei

allen wurde die Bohrspülung heiss.» So

lautet die Erkenntnis von Markus O.

Häring, Leiter des Projekts Deep Heat

Mining Basel, zu Deutsch Wärmebergbau.

Elf Jahre lang arbeitete er als Explorationsgeologe

für Shell und suchte in Peru, Australien,

den Niederlanden und in Nigeria

nach Öl. Heute interessiert ihn nicht mehr

das Schwarze Gold, sondern die Temperatur

des kristallinen Gesteins in grosser

Tiefe – allerdings nicht primär aus umweltschützerischen

Gründen. «Es geht

nicht darum, Kämpfe gegen die Atomoder

die Erdölindustrie zu führen. Ziel

ist es, den uns bevorstehenden Energiemangel,

der in jedem Fall auf uns zukommen

wird, zu vermeiden.» Da es unwahrscheinlich

ist, dass die breite Masse freiwillig

auf Energie verzichtet und Abstriche

beim Lebensstandard in Kauf nimmt, werden

früher oder später gravierende Energieengpässe

entstehen. Spätestens bis im

Jahr 2100 werden, gemäss amerikanischen

Studien, Öl und Gas praktisch keine Bedeutung

mehr haben. Kohle, Kernenergie,

Wasserstoff und erneuerbare Energien

werden dann die auftretenden Löcher

stopfen müssen. Die Frage ist nur, zu

welchen Anteilen.

Die Sondierbohrung

ist abgeschlossen:

2004 beginnt die

eigentliche Tiefenbohrung

in

Kleinhüningen BS.

Energie für 100000 Jahre

Das geothermische Potenzial der Erde ist

beträchtlich. Die «World Energy Conference»

hat – nach heutigem Stand der

Technik – allein das Potenzial zur Stromproduktion

auf eine Grösse von 10 12 Megawattstunden

(MWh) geschätzt. Das entspricht

dem 10fachen des jährlichen Weltenergieverbrauchs.

Auf der Homepage des

Umweltministeriums von Bayern ist nachzulesen:

Die geothermische Energie, die

sich in den oberen drei Kilometern der Erdkruste

befindet, würde rein rechnerisch reichen,

um den Energiebedarf der Weltbevölkerung

für die nächsten 100 000 Jahre

abzudecken.

Häring und sein Team wollen in eine

Tiefe von 5000 Meter vordringen, denn

dort beträgt die Temperatur des kristallinen

Gesteins rund 200 Grad. Diese

Wärme entsteht hauptsächlich während

des natürlichen radioaktiven Zerfalls des

Gesteins und ist in fast unerschöpflicher

Menge vorhanden. Die Masse geschmolzenen

Gesteins im Erdinnern ist rund 5000

Grad heiss und 99 Prozent des Erdkörpers

haben eine Temperatur von über 1000

Grad. Bis zur Erdoberfläche nimmt die

Temperatur kontinuierlich etwa 3 Grad

pro 100 Meter ab.

Geothermie wird dort, wo sie als warme

Quelle oder als Dampf an die Oberfläche

tritt, schon seit dem Altertum genutzt. Die

Energiegewinnung aus dem Boden zur

Stromproduktion jedoch beschränkte sich

bisher auf vulkanische Gebiete mit dünner

Erdkruste (Tiefenbohrungen bis ungefähr

2000 Meter) und Wasservorkommen in

den Gesteinsformationen. Länder, die bereits

mit konventionellen Geothermie-

Kraftwerken wirtschaftlich Strom erzeugen,

sind beispielsweise die USA, Italien,

Island und die Philippinen. Das Deep-

Heat-Mining-Verfahren soll auch in Gebieten,

wo die heissen Gesteinsschichten

nicht so einfach zugänglich sind und kein

Wasser auf natürliche Weise im Gestein

zirkuliert, eine wirtschaftliche Nutzung

der Erdwärme ermöglichen. Erst wenn

Foto: Markus O. Häring

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NATUR

Energie

ökologische Projekte auch wirtschaftlich

interessant werden, haben sie die Chance,

über den Experimentierstatus hinauszukommen

und gebührend unterstützt zu

werden. Denn auch noch heute ist es

so, dass die Bundesgelder für die Atomforschung

reichlich (50 Millionen Franken

jährlich), für Geothermie jedoch nur spärlich

fliessen (0,5 Millionen Franken jährlich,

Tendenz abnehmend). Lieber füttert

man ein altes, fettes Walross, das jederzeit

einen Herzinfarkt erleiden könnte, anstatt

ein junges, heissblütiges Pferd.

Strom für 5000 Haushalte

Das Bundesamt für Energie (BFE) war es,

das 1986 den Impuls zu einer Machbarkeitsstudie

gab. Seither hat das BFE 3,3

Millionen Franken in das Deep-Heat-

Mining-Projekt investiert. Die Industriellen

Werke Basel (IWB), Hauptinvestor des

Projekts, wollen voraussichtlich in fünf bis

sechs Jahren von ihrem Werkhofgelände in

Kleinhüningen aus rund 5000 Haushalte

mit 20 Megawatt Fernwärme und 3 Megawatt

Strom versorgen. In Basel würde somit

das erste gezielt für kommerzielle Zwecke

konzipierte Deep-Heat-Mining-Kraftwerk

weltweit stehen. Neben dem Bundesamt

für Energie und den IWB beteiligen sich

der Kanton Basel-Stadt, die Elektra Baselland

und voraussichtlich der Kanton Baselland

am Projekt. Sechs Millionen Franken

wurden bereits ausgegeben für das Vorprojekt

und die Sondierbohrung. Weitere

80 Millionen, vorausgesetzt es verläuft

alles nach Plan, kosten die Tiefenbohrungen

und der Bau des Kraftwerks.

Die Sondierbohrung für das Projekt in

Basel wurde 2001 beim Grenzübergang

Otterbach durchgeführt. Heute ist der von

Laubbäumen umgebene, asphaltierte Platz

leer. Kein Bohrturm, keine Maschinen sind

mehr da. Bloss ein leer geräumter Bürocontainer

steht neben der Einfahrt; einige

Meter davon entfernt sind eine betonierte

Plattform und ein quadratisches, auf Holzlatten

aufgeschraubtes Stück Wellblech zu

sehen. Darunter befindet sich das Bohrloch.

Als der 34 Meter hohe Bohrturm noch

stand, ratterte und vibrierte es auf dem

Platz. Das Bohrgestänge drehte sich zweimal

pro Sekunde und trieb den Bohrkopf

bis auf 2755 Meter Tiefe in die Erdkruste

hinein – in einen Bereich, wo die Temperatur

bereits 124 Grad beträgt. «Unsere Erwartungen

wurden hinsichtlich der Temperatur

sogar übertroffen. Und auch die Granitkerne,

die wir gezogen haben, weisen

günstige Klüftungen auf», sagt Häring.

Mit Wasser Granit aufbrechen

Die eigentliche Tiefenbohrung, mit der

spätestens im Jahr 2004 gestartet wird, erfolgt

an einem neuen Standort. Auf dem

Areal der IWB in Kleinhüningen sollen

sich die Bohrköpfe bis 5000 Meter in die

Tiefe fressen. Und in Kleinhüningen ist

auch der eigentliche Bau des Kraftwerks

geplant. In die wortwörtlich heisse Phase

geht das Projekt, wenn erstmals Wasser

mit einer Injektionspumpe unter hohem

Druck in die Tiefe gepresst wird. Ziel ist es,

den Granit in 5000 Meter Tiefe mit dem

Druck des Wassers aufzubrechen und haarfeine,

Millimeter bis maximal Zentimeter

grosse Risse und Spalten zu erzeugen, in

denen später das Wasser zirkulieren und

dem Gestein Wärme entziehen kann. Für

Deep Heat Mining (Wärmebergbau)

Grafik: Markus O. Häring

Um Wärme in grossen Tiefen der Erdkruste nutzbar zu machen,

kopieren die Ingenieure das Prinzip des Durchlauferhitzers:

Eine Injektionspumpe (2) presst durch eine Tiefenbohrung

Wasser in ein künstlich erweitertes Kluftsystem (3).

Das Wasser erhitzt sich dort – je nach Tiefe – bis auf 200 Grad

Celsius. Über eine Produktionsbohrung (4) wird es wieder an

die Oberfläche gepumpt.

Beobachtungsbohrungen (1) registrieren laufend die Aktivitäten

des durchströmten Kluftsystems und geben ein Bild

des erschlossenen Wärmereservoirs. Weitere Injektions- und

Förderstränge können dann gezielt vorangetrieben werden.

Der Wärmeentzug erfolgt beim DHM-Verfahren über einen

geschlossenen Wasserkreislauf. Nur wenig Wasser muss aus

einem Reservoir (5) nachgespeist werden.

Ein Wärmetauscher (6) entzieht dem heissen Wasser die

Energie zur Stromproduktion in einem Turbinenhaus (7).

Die Restwärme kann über ein Fernwärmenetz zusätzlich

genutzt werden. Eine Kühlung (8) ist dem Generatorenkreislauf

nachgeschaltet.

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Energie NATUR

Gute Voraussetzungen für Geothermie: Basels Lage am Rheingraben.

Häring gibt es insbesondere zwei unliebsame

Vorstellungen: Bei der ersten würde

eine bereits bestehende, einige Zentimeter

breite Kluft alles Wasser kanalisieren und

einen hydraulischen Kurzschluss erzeugen.

Die Folge: Das Wasser rast durch das

Gestein und kühlt dieses, ohne selber viel

Wärme aufzunehmen, in kürzester Zeit

ab. Im zweiten Fall braucht es übermässig

viel Druck, um das Wasser durch Tausende

von kleinen Klüften zu pressen. Der

Energieaufwand wäre zu gross und eine

lohnende Produktion nicht möglich.

Um die Vorgänge während der Injektion

des Wassers genau beobachten und

beurteilen zu können, werden in zwei bereits

bestehende Bohrungen Sonden eingeführt.

Diese so genannten Monitoring-

Stationen registrieren auch das leiseste

Knacken im Gestein und liefern präzise

Bilder über den Zustand des Gesteins in

5000 Meter Tiefe. Sind die Anzahl und

die Oberfläche der Klüftungen genügend

gross, kann nun kaltes Wasser ins geschlossene

System eingeschleust werden

(siehe Grafik auf Seite 26). Das Wasser

entzieht dem zerklüfteten Gestein Wärme

und erhitzt sich bis auf 200 Grad. Über ein

zweites Bohrloch wird das Wasser zurückgeleitet.

Der Dampf treibt Turbinen an, die

über Generatoren Strom erzeugen. Die

Restwärme wird in ein Fernwärmenetz

eingespeist.

Das Pionierland USA

Das Deep-Heat-Mining-Verfahren (auch

«Hot Dry Rock» genannt) kommt aus den

USA, aus dem Land, das mit Abstand den

grössten Teil der globalen Energie-Ressourcen

verschwendet und seit Jahren

unangefochten die weltweite Rangliste

des Benzinverbrauchs pro Kopf anführt.

Jährlich blasen US-Autos und -Ölheizungen

rund 300 Millionen Tonnen CO 2 in

die Atmosphäre. Aber die USA waren auch

einmal führend in der Geothermie. Erstmals

wurde das Deep-Heat-Mining-Verfahren

in den Siebzigerjahren am Los

Alamos National Laboratory in New

Mexico getestet. Eine führende Rolle bei

der Weiterentwicklung dieser geothermischen

Technologie spielt zurzeit das europäische

Team (Frankreich, Deutschland,

Grossbritannien, Italien, die Schweiz), das

an einem EU-Forschungs- und -Entwicklungsprojekt

in Soultz-sous-Forêts im

Elsass arbeitet. Die erfolgreichen Tests

dieser Experimentieranlage sind für die

Pilotanlage in Basel wegweisend.

Es ist kein Zufall, dass das einzigartige

und wegweisende Projekt gerade in Basel

entsteht. Bereits jetzt unterhält die Stadt

das schweizweit grösste Fernwärmenetz.

So wird beispielsweise beim Werkhof in

Riehen ein Geothermie-Wärmeverbund

betrieben, dank welchem jährlich rund

1750 Tonnen Heizöl eingespart werden.

Aus 1500 Meter Tiefe wird beim Bachletten

64-grädiges Tiefenwasser hinaufgepumpt

und nach dem Wärmeentzug

wieder in die Gesteinsschicht zurückgepresst.

Der wichtigste Grund allerdings,

warum gerade am Rheinknie gebohrt

wird, ist Basels Lage am Rheingraben, wo

geothermische Anomalien vorkommen.

Das heisst: Die Temperaturzunahme ist

grösser als die üblichen drei Grad pro

100 Meter und die Erdkruste ist dünner.

Beim Basler Rheingraben ist sie etwa 25,

im schweizerischen Mittelland hingegen

rund 30 Kilometer dick.

Foto: Andreas Christen

Keine toxischen Mineralien

Läuft alles nach Plan, kann das Geothermie-Kraftwerk

in Basel 2008 in Betrieb

genommen werden. Häring rechnet

damit, dass die erste Bohrung rund 30

Jahre lang heisses Wasser zur Stromproduktion

liefert. Während dieser Zeit

kühlt sich der Gesteinskörper im Erdinnern

von 200 auf ungefähr 170 Grad

ab. Reicht die Energie nicht mehr aus,

können von der gleichen Stelle aus weitere,

abgelenkte Bohrungen vorgenommen

werden. Das im geschlossenen System

zirkulierende Wasser enthält keine

toxischen Mineralien. Ungeklärt ist allerdings,

ob die künstlich ausgelösten Erschütterungen

in 5000 Meter Tiefe die

Erdbebenaktivität beeinflussen. Projektleiter

Markus O. Häring ist zuversichtlich:

«Ich behaupte nicht, dass wir mit

dem Deep Heat Mining das Ei des Kolumbus

gefunden haben. Und wir kennen

noch nicht alle Auswirkungen auf die

Umwelt, doch im Moment ist es die nachhaltigste

und sicherste Technologie, um

auftretende Energielöcher zu stopfen.» ■

Christoph Schwyzer

1974 in Luzern geboren; Ausbildung

zum Primarlehrer am Lehrerseminar

St. Michael in Zug; dreijährige Unterrichtstätigkeit;

Diplomausbildung

«Journalismus» am Medienausbildungszentrum

(MAZ) in Luzern; Journalist

beim «Willisauer Boten» und bei anderen

Printmedien. 2001: Gewinn des BZ-Preises

für Lokaljournalismus; Studium «Kreatives

Schreiben und Kulturjournalismus»

in Hildesheim (D); freier Mitarbeiter und

Texter für Kulturorganisationen, Werbeund

Unternehmensberatungsfirmen.

Seit Juni 2003 Redaktor der Zeitschrift

«Natürlich».

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