Geothermie nachhaltig und sicher betreiben
Während sich die Erde seit ihrer Entstehung abkühlt, heizen die intensiven Temperaturen im Zentrum unseres Planeten weiter die innere Kruste auf. Wenn diese Wärme in Form von Wasser oder Dampf an die Oberfläche gelangt, ist sie zum Heizen oder zur sauberen Elektrizitätserzeugung nutzbar. „Es gibt so viel Energie unter der Erde“, berichtet Maren Brehme, Koordinatorin des Projekts EASYGO von der ETH Zürich in der Schweiz. „Je tiefer es hinabgeht, desto heißer wird es. Außerdem wird für eine Geothermieanlage im Vergleich zu Sonnen- oder Windenergie nicht so viel Platz an der Oberfläche gebraucht.“
Herausforderungen bei Nutzung geothermischer Energie
Dennoch ist die Geothermie noch nicht so weit wie andere Formen der erneuerbaren Energien fortgeschritten. Mit diesem Themenkreis beschäftigte sich das Team des Projekts EASYGO, das im Rahmen der Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde. „Bei der Nutzung geothermischer Energie gibt es drei grundlegende Herausforderungen“, erklärt Brehme. „Erstens muss bekannt sein, wo diese geothermischen Ressourcen liegen und ob es Wasserkanäle gibt, um die Wärme zu transportieren.“ Die zweite Herausforderung besteht im Zugang zu dieser Energie und ihrer Gewinnung. Für den Geothermiekreislauf sind immer zwei Bohrungen erforderlich: eine, um Wasser zu entnehmen und die Wärme an der Oberfläche abzuführen, und eine zweite, um das abgekühlte Wasser zur Wiedererwärmung wieder zurück in die Erde zu leiten. Dieses Unterfangen kann sehr teuer werden. Das Team des Projekts EASYGO konzentrierte sich auf die dritte zentrale Herausforderung: die Nachhaltigkeit und Sicherheit des Geothermiebetriebs. Das Einpressen von Wasser in die Erde kann Druck und Temperatur verändern, was zuweilen seismische Ereignisse nach sich zieht. Auch geothermische Fluide können von diesen Veränderungen betroffen sein, wobei geochemische Reaktionen im Untergrund und in der Oberflächeninfrastruktur hervorgerufen werden können. Verstopfte Rohrleitungen, Wärmeverluste und andere Betriebsstörungen können die Schließung von Anlagen bewirken.
Sicherheit und Effizienz geothermischer Systeme
EASYGO vereinte dreizehn Doktorandinnen und Doktoranden, um neue Systemkomponenten, Überwachungskonzepte und Betriebsverfahren zur Optimierung der Sicherheit und Effizienz von geothermischen Systemen vorzuschlagen. „Unser Ansatz bestand darin, präventive Lösungen für mögliche Probleme zu finden“, fügt Brehme hinzu. „Alle Studierenden arbeiteten mit zwei Universitäten und einem Industriepartner zusammen.“ Die Studentinnen und Studenten wirkten an der Entwicklung von Messverfahren zur Erkennung von Kaltwasserfronten sowie an Methoden zur effizienteren Wärmeabfuhr an der Oberfläche mit. Außerdem wurden neue Verfahren zur Überwachung seismischer Ereignisse und zur Vorhersage des Verstopfungsrisikos entwickelt. „Diese Arbeit ist wichtig, weil wir Geothermieanlagen in der Nähe von Menschen und Städten brauchen“, erklärt Brehme. „Wärme über große Entfernungen zu transportieren, ist nicht möglich, deshalb müssen wir Anlagen am Ort des Bedarfs bauen.“ Frühzeitige Erkennung von Problemen bedeutet, dass die Anlagen sicher betreibbar und ihre Abläufe besser kontrollierbar sein werden. Es können rechtzeitig Maßnahmen ergriffen werden, um größere Störungen zu vermeiden. „Zusammengenommen bedeuten diese Innovationen einen großen Fortschritt“, sagt Brehme.
Ganzheitliche Betrachtung der geothermischen Energie
Ein weiteres wichtiges Vermächtnis des Projekts ist die Bildung. Jährlich wurde an einer der teilnehmenden Universitäten eine Ausbildungswoche abgehalten, an der auch Industriepartner beteiligt waren. Das Ziel dieser Wochen lautete, den Studierenden ein ganzheitliches Bild der Geothermie zu vermitteln. „Um Geothermie zu verstehen, muss man sich mit Chemie, Physik, Geologie und Mathematik auskennen“, merkt Brehme an. „Diese Ausbildungswochen sind zu einem festen Bestandteil geworden und werden seit dem Projektabschluss fortgesetzt.“ Viele der teilnehmenden Studierenden sind inzwischen von der Industrie eingestellt worden und arbeiten gegenwärtig an der Umsetzung ihrer Ideen in die Praxis. „In der Industrie ist bekannt, dass diese Absolventinnen und Absolventen Wissen und Ausbildung mitbringen“, fügt Brehme hinzu.
Schlüsselbegriffe
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