Mit den Fühlern im Grundwasser

Die Bedingungen zur Speicherung des Treibhausgases CO₂ scheinen im brandenburgischen Beeskow-Birkholz besonders günstig zu sein. Um das Gas im Boden unterzubringen, bedarf es geeigneter Hohlräume, und genau die bieten die feinen Poren der dortigen unterirdischen Salzkissenstruktur.

Forschungsprojekte im westlich von Berlin gelegenen Ketzin zeigen bereits, dass in Deutschland das Know-how vorhanden ist, um eine erfolgreiche CO₂-Speicherung im Untergrund durchzuführen. Die Frage, die sich nun Umweltschützer und Forscher gleichermaßen stellen, lautet: Welche Auswirkungen hat diese Speicherung des Treibhausgases auf Boden und Umwelt? Um dem nun sprichwörtlich auf den Grund zu gehen, befasst sich im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN Programms das Projekt SAMOLEG mit der Überwachung des Grundwassers über den unterirdischen Speicherstätten.

Wenn CO₂ in eine Gesteinsschicht eingebracht wird, ist dazu ein erheblicher Druck vonnöten. In den feinen Poren des Gesteins ist häufig Wasser eingespeichert, welches vom Kohlendioxid verdrängt werden muss. Dabei kann es dazu kommen, dass eingespeichertes salzhaltiges Wasser in andere, grundwassertragende Schichten verdrängt wird und diese für die Trinkwassergewinnung unbrauchbar macht.

Im Projekt SAMOLEG soll nun ein Monitoring-System entwickelt werden, welches mit Hilfe sogenannter Langer-Elektroden-Geoelektrik die Grundwasservorräte über CO₂-Speicherstandorten zeitlich effektiv und detailliert überwachen kann. Die Ingenieure machen sich dabei die bereits bestehenden Bohrlöcher zur Grundwassermessung zunutze.

Wie genau das System der Brandenburger funktioniert und durch welche Vorteile es sich gegenüber anderen Messmethoden auszeichnet, erklärt Projektingenieur Thomas Voss im Gespräch mit planeterde.

planeterde: Herr Voss, welche Technik wird in ihrem Projekt genutzt, um die unterirdischen Speicherstätten  zu überwachen?

Voss: SAMOLEG basiert auf dem klassischen geophysikalischen Erkundungsverfahren der Gleichstromelektrik. Dabei werden über Elektroden vorher festgelegte elektrische Ströme in  den Erdboden geleitet und die daraus resultierenden Spannungen mittels anderer Elektroden gemessen.

planeterde: Was genau können Sie mit diesen Messungen erfassen?

Voss: Das Ergebnis dieser Messungen sind zunächst „scheinbare“ elektrische Widerstände des Bodens. Ich nenne sie scheinbar, da sie noch von anderen äußeren Einflüssen, wie der verwendeten Elektrodenanordnung abhängen. Mit Hilfe geeigneter Inversionsverfahren lassen sich aus den scheinbaren Widerständen echte spezifische Widerstände des Untergrunds ableiten. So lässt sich zum einen eine Gesteinserkundung durchführen, da unterschiedliche Gesteine unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen. Beispielsweise ist Lehm ein sehr viel besserer Leiter als Sand. Zum Anderen ist auch eine Unterscheidung zwischen trockenen und wasserführenden Gesteinen und damit verbunden auch zwischen Süß- und Salzwasser möglich, da die Ionen der im Wasser gelösten Salze die Hauptladungsträger des elektrischen Stromflusses darstellen.

planeterde: Welche Rolle spielt dabei die Lange-Elektroden-Geoelektrik?

Voss: Die Verwendung langer Elektroden stellt die eigentliche Innovation des Projektes SAMOLEG dar. Während bei klassischer Geoelektrik im Vergleich zur Elektrodenentfernung, der sogenannten Auslage, relativ kurze, einen halben Meter messende Edelstahlstäbe als Elektroden eingesetzt werden, sind bei SAMOLEG die Elektroden, im Vergleich sehr lang. Sie messen bis zu 300 Meter, bei einer Auslage zwischen 100 und 3000 Metern. Als Elektroden werden dabei alte, mit Stahlrohren ausgebaute, Grundwassermessstellen genutzt. Da diese Messstellen häufig dicht beieinander angelegt wurden, sind, im Vergleich zu konventionellen Messungen, extrem kleine Verhältnisse von Elektrodenauslage und Elektrodenlänge möglich. Die Verwendung von solch langen Elektroden erfordert allerdings auch neue Ansätze bei der späteren Berechnung, was ebenfalls Teil des Forschungsprojektes ist.

planeterde: Die Auswirkungen auf Boden und besonders das Grundwasser ließen sich so also präziser überprüfen?

Voss: Im Vergleich zur klassischen Geoelektrik können durch lange Elektroden bei gleicher Auslage größere Messtiefen erreicht werden. Zusätzlich ist dadurch, dass unsere Elektroden, also die Rohre der Grundwassermessstellen, ja bereits im Grundwasser stehen, eine sehr gute Ankopplung für den Stromfluss zwischen Elektroden und Untergrund gegeben. Bei trockenem Boden ist das häufig nicht der Fall. Würden bestehende Messstellennetze permanent verkabelt, könnte durch automatische Messdurchführung und Fernübertragung der Ergebnisse ein zeitlich sehr gut aufgelöstes Monitoring eines ganzen Gebietes erreicht werden. Je nach Elektrodendichte könnte dann der Ort  einer Änderung des Verhältnisses von Salz- zu Süßwasser ermittelt werden, um dort gezielt weitere Messverfahren durchzuführen.

In der Einrichtung eines solchen permanenten Monitoringsystems besteht meiner Meinung nach der Hauptvorteil gegenüber anderen geophysikalischen Verfahren, die zwar auch große Gebiete erfassen können, aber jedes Mal erneut zum Ort des Geschehens transportiert werden müssen.

planeterde: Wie ist der Stand des Projektes zurzeit? Und wann könnte das Projektziel, also die Entwicklung eines Monitoring Systems der Salzwasserverteilung, erreicht werden?

Voss: Das Forschungsprojekt steckt zurzeit noch in den Kinderschuhen. Die Beschaffung der Ausrüstung und Ortsbegehungen mit unseren Projektpartnern vom Leibniz Institut für Angewandte Geophysik Hannover sind erfolgt. Demnächst sind Laborversuche auf unserem Betriebsgelände geplant. An einem Modell sollen unter kontrollierten Bedingungen verschiedene Fragen, etwa zur Elektrodenkonfiguration geklärt werden. Das Projektziel kann hoffentlich mit Ende der Projektlaufzeit im August 2014 erreicht werden.

planeterde: Herr Voss, vielen Dank für dieses Gespräch.

Das Projekt SAMOLEG wird im Rahmen des Programms GEOTECHNOLOGIEN seit September 2011 gefördert. In der Initiative „Geologische Kohlendioxid-Speicherung“ ist SAMOLEG Teil der 3. Förderphase: „Geologische CO₂-Speicherung – Langzeitsicherheit“. Mehr Informationen dazu finden Sie hier.

AW, iserundschmidt 05/2012