07. Mai. 2019
Blick auf das Gelände in Helsinki, auf dem das Geothermiekraftwerk errichtet werden wird.

Blick auf das Gelände in Helsinki, auf dem das Geothermiekraftwerk errichtet werden wird.

Die Geothermie hat in jüngster Zeit einen schweren Stand in der Öffentlichkeit. Obwohl die Nutzung der Erdwärme als erneuerbare Energie im Trend liegt und selbst in so alten Kontinentalkernen wie dem skandinavischen Schild offenbar wirtschaftlich nutzbar ist, hat die Technologie in den vergangenen Jahren vor allem durch Fehlschläge von sich reden gemacht. Ein internationales Konsortium unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Deutschen Geoforschungszentrums Potsdam (GFZ) hat jetzt in Helsinki ein Verfahren erprobt, mit dem sich offenbar das Risiko größerer Beben bei der Errichtung der Geothermie-Kraftwerke verringern lässt. Sie berichten jetzt in "Science Advances" darüber.

"Die Stimulation hat im Stadtgebiet von Helsinki in einer Bohrung stattgefunden, die über sechs Kilometer tief ist. Die Vorgabe der Behörden war, dass die maximal tolerierbare Magnitude 2,1 sein darf. Wir haben diese Magnitude erfolgreich unterboten. Das maximal auftretende Erdbeben in dem Fall hat eine Magnitude von 1,9 gehabt", berichtet Marco Bohnhoff, Professor für Geophysik an der Freien Universität Berlin und Sektionsleiter "Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren" beim GFZ. Der geringe Unterschied verschleiert wegen der logarithmischen Skala, dass das stärkste gemessene Beben knapp halb so viel Energie freisetzte wie das maximal zulässige. Seine Magnitude von 1,9 liegt knapp unterhalb der Wahrnehmungsschwelle.

Schnittbild durch den Untergrund unterhalb des St1-Geothermieprojektes in Helsinki.

Schnittbild durch den Untergrund unterhalb des St1-Geothermieprojektes in Helsinki.

Bild: Science Advances/Kwiatek et al.
Karte des St1-Geothermieprojektes in Helsinki.

Karte des St1-Geothermieprojektes in Helsinki.

Bild: Science Advances/Kwiatek et al.
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Schnittbild durch den Untergrund unterhalb des St1-Geothermieprojektes in Helsinki.

Bild: Science Advances/Kwiatek et al.

Karte des St1-Geothermieprojektes in Helsinki.

Bild: Science Advances/Kwiatek et al.

Damit scheint in Helsinki gelungen, woran die großen Geothermie-Projekte in Basel 2006 und im südkoreanischen Pohang 2017 scheiterten. Damals wurden spürbare bis starke Beben ausgelöst, die entsprechende Sachschäden anrichteten und die Reputation der Technologie nachhaltig untergruben. Der Preis ist allerdings ein erheblicher Aufwand für seismologische Messtechnik, mit der man die Beben im Untergrund protokolliert, um sofort Druck und Menge des in den Untergrund eingeleiteten Wassers zu korrigieren.

Intensive seismologische Überwachung der Stimulation

Beim sogenannten Hot-Dry-Rock-Verfahren müssen im Untergrund erst Risse geschaffen oder aufgeweitet werden, durch die später Wasser zirkulieren kann, um wie in einem Wärmetauscher die Hitze des Gesteins aufzunehmen. Diese sogenannte Stimulation macht man, in dem durch eine Tiefenbohrung Wasser in den Untergrund gepresst wird. Ohne Beben funktioniert dieser Vorgang nicht, schließlich sprengt der Wasserdruck das Gestein. Um Zahl, Ort und Stärke dieser Beben zu überwachen, hat man in Helsinki viel investiert. "Es gibt dort eine Reihe von Flachbohrungen im Stadtgebiet von Helsinki und darüber hinaus ein seismisches array in zwei Kilometern Tiefe. Das heißt, wir haben dort relativ gute Messbedingungen gehabt, und zudem ist eine Software zum Einsatz gekommen, die mit sehr großer Genauigkeit und in Nah-Echtzeit, das heißt innerhalb von nur wenigen Minuten, die Lokation der induzierten Mikrobeben bestimmen konnte", so Bohnhoff.

Aufgrund dieser Informationen wurde unmittelbar der Druck und die Menge angepasst, so dass die Bebentätigkeit nicht aus dem Ruder lief. Außerdem wurde nur in Phasen stimuliert, dazwischen lagen Pausen. So erhielt das Gestein Gelegenheit, den Überdruck von der Stimulationsbohrung zu verteilen. "Wir glauben, dass das ein Schlüssel dafür war, dass wir keine größeren induzierten Erdbeben dort generiert haben", so Bohnhoff.

Verfahren soll weiter getestet werden

Das Verfahren soll jetzt in einer weiteren Bohrung in Helsinki getestet und dann auch in anderen Regionen untersucht werden. "Skandinavien ist jetzt erst einmal kein prädestiniertes Gebiet für Geothermie, weil es dort sich um sehr, sehr alte Erdkruste handelt, ein sogenanntes Kraton von über zwei Milliarden Jahre Alter. Die Formation spielt uns dort sicherlich in die Karten", gibt Marco Bohnhoff zu. Der skandinavische Kontinentalkeim existiert seit zwei Milliarden Jahren. Erdbeben gibt es dort nur, weil sich die Kruste nach dem Abschmelzen der Gletscher wieder hebt. Dass sich das Verfahren in solch sicheren Verhältnissen bewährt, muss daher nicht heißen, dass es in anderen geothermisch interessanten Regionen wie dem Oberrheintalgraben oder den Verwerfungen an der nordamerikanischen Westküste ebenfalls funktioniert. Das zu testen, wird der nächste große Forschungsschritt sein.