Tiefe Geothermie

Im südhessischen Heubach (Groß-Umstadt) wurde die erste geothermische Tiefenbohrung (ca. 800 m) Hessens durchgeführt, die in Kombination mit einer Wärmepumpe eine Heizleistung von bis zu 145 kW bereitstellt. Das Pilotprojekt des Darmstädter Energieversorgers HSE hat das Ziel, einen mittelständischen Industriebetrieb mit Energie zum Heizen und Kühlen zu versorgen. Die ersten Betriebsergebnisse im Jahr 2013 übertreffen bisher die Erwartungen an die Effizienz der Anlage, da eine Jahresarbeitszahl von etwa 6 erreicht wird. Die wissenschaftlich-geologischen Projektbegleitung nimmt das Hessischen Landesamtes für Umwelt und Geologie (HLUG) wahr. Dort wird auch chronologisch über den Bohrfortschritt und die Projektevaluation berichtet.

Zur Abschätzung der Chancen und Möglichkeiten einer geothermischen Energieversorgung stellen sich im Vorfeld verschiedene Fragen:
•    Wie groß ist das vorhandene Potenzial?
•    Wie groß ist das Potenzial, das letztendlich am Markt realisierbar ist?

Dass nur die gemeinsame Berücksichtigung dieser Fragen zu relevanten Ergebnissen führen kann, zeigt eine Betrachtung der bis in 3.000 Tiefe gespeicherten geothermischen Energie (theoretisches Potenzial): Vergleicht man diese mit dem Weltenergieverbrauch, so scheinen Energieprobleme der Vergangenheit anzugehören - allein damit könnte der Energiebedarf der Menschheit für die nächsten 100.000 Jahre gedeckt werden. Diesem Gedankenspiel liegt jedoch ein gravierender Trugschluss zugrunde: Nur ein Teil der gespeicherten Wärme kann tatsächlich genutzt werden (technisches Erzeugungspotenzial), und zudem verfügt der mit ca. 85 % größte Teil der geothermischen Energie in diesen Tiefenbereichen lediglich über Temperaturen von weniger als 100 °C und ist damit zur Stromerzeugung mit den heutigen technischen Systemen nicht verwendbar. Die Nutzung der Geothermie könnte in diesem Temperaturbereich also nur zur Wärmeerzeugung dienen. Zwar liegen mindestens 40 % des Weltenergieverbrauchs gerade in diesem Temperaturbereich, aber tatsächlich ist die Nutzungsmöglichkeit stark eingeschränkt, da für die reine Wärmenutzung unbedingt Abnehmer vor Ort in entsprechender Anzahl zur Verfügung stehen müssen (technisches Nachfragepotenzial). Darüber hinaus sind die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen (wirtschaftliches Potenzial) zu berücksichtigen.

Erst der Einbezug aller Potenziale, deren Größenordnung vom theoretischen zum technischen zum wirtschaftlichen Potenzial kontinuierlich abnimmt, führt zu dem tatsächlich zu erwartenden Beitrag zur Energieversorgung, dem Erwartungspotenzial.

Besonders günstige Potenzialsituationen sind in Gebieten mit erhöhten geothermischen Tiefenstufen (Wärmeanomalien) anzutreffen, die sich in Deutschland neben der Schwäbischen Alb, im Molassebecken Süddeutschlands und im Norddeutschen Becken insbesondere im Oberrheingraben befinden. Die nördlichen Ausläufer des Oberrheingrabens ragen in den südhessischen Raum hinein und führen dort zu erhöhten Untergrundtemperaturen:
Liegt die durchschnittliche Temperatur in 1.000 m Tiefe in Hessen bei 40 bis 50 °C, so herrschen in der gleichen Tiefe im hessischen Teil des Oberrheingrabens (hessisches Ried) Temperaturen bis zu 90 °C vor. In 3.000 m Tiefe stehen durchschnittlichen 110 bis 130 °C Temperaturen von 150 °C und darüber im Oberrheingraben gegenüber. Der Oberrheingraben ist somit die einzige geologische Struktur in Hessen, in der wegen eines erhöhten geothermischen Gradienten eine Nutzung der Geothermie für die Stromerzeugung wirtschaftlich aussichtsreich sein könnte. Dieses Gebiet ist auf Karten zur Temperaturverteilung in 1.000, 2.000 und 3.000 m Tiefe unter N.N. deutlich zu erkennen.

Bereits 1984 hat der Geologische Landesdienst Hessen die geologischen Kenntnisse über den tiefen Untergrund des hessischen Rieds in einer Studie zur Lokation eines Geothermieprojekts zusammengefasst und die grundsätzliche Eignung dieses Standorts festgestellt. Für die Stromerzeugung kommen im hessischen Ried Teufenbereiche ab ca. 2.000 m in Betracht, die aus klüftigen Sedimentgesteinen des Perm (Rotliegend) mit eingelagerten Vulkaniten aufgebaut sind. Die weiter südlich in Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz nutzbaren Gesteinseinheiten des Muschelkalks und des Buntsandsteins sind als Zielhorizont für Erdwärmegewinnung im hessischen Bereich des Oberrheingrabens nicht nutzbar.

Das geothermische Potenzial ist neben den Untergrundtemperaturen entscheidend von den hydraulischen Eigenschaften (d. h. der Durchlässigkeit und Ergiebigkeit) des Untergrundes abhängig. Im Oberrheingebiet sind infolge der besonderen tektonischen Verhältnisse tief reichende Grundwasserzirkulationssysteme vorhanden, insbesondere im südlichen Teil, wo der Muschelkalk Hauptgrundwasserleiter für Thermalwässer ist. Diese werden z. B. in Baden-Baden und Badenweiler und in Bohrungen bei Basel und Lörrach genutzt.

Die hydraulischen Eigenschaften (Kluftdurchlässigkeiten) der im hessischen Anteil des Oberrheingrabens unter den tertiären Lockergesteinen ab etwa 1.700 m anstehenden Rotliegend-Gesteine sind etwas ungünstiger als im südlich anschließenden Rheingrabenteil. Prinzipiell ist die starke tektonische Beanspruchung aber auch in diesem Teil des Oberrheingrabens eine gute Voraussetzung für eine Nutzung des Potenzials, auch im Hinblick auf die Möglichkeiten zur künstlichen Erweiterung der vorhandenen Kluftsysteme, wodurch eine Steigerung des technisch nutzbaren Potenzials erzielt werden kann.

Über die geologische Struktur des Oberrheingrabens liegen zahlreiche Informationen vor, die insbesondere auf seismischen Untersuchungen und Bohrungen für die seinerzeitige Erdölexploration basieren.

Seit 2006 findet jährlich das Tiefengeothermie-Forum Hessen statt, welches sich inzwischen bundesweit als feste Größe zum Austausch des aktuellen Standes der tiefengeothermischen Nutzung und Erkundung etabliert hat.

Ein Aufnahmeteam des hr-Fernsehens besuchte das 4. Forum und zeigte am gleichen Tage in der Hessenschau einen Beitrag zum Thema „Geothermie in Hessen“. Der Videoclip kann rechts unter - Links - angesehen werden.

Forschungs- und Entwicklungsprojekt "3D-Modell der geothermischen Tiefenpotenziale Hessen"

Im Jahr 2007 wurde die Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaft und das Hessische Landesamt für Umwelt und Geologie beauftragt, das Forschungs- und Entwicklungsprojekt "3D-Modell der geothermischen Tiefenpotenziale Hessen" zu erarbeiten. Der im Jahr 2011 vorgelegte Abschlussbericht kann oben heruntergeladen werden. Weitere Informationen zu dieser Studie finden Sie über den Link auf der rechten Seite zu den Themenseiten der HLUG.