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Interview: „Ein enormes Stück weitergekommen“

Geothermie im Oberrheingraben – das sollte von den Voraussetzungen her eigentlich gut zusammenpassen. Dennoch ist gerade dort die Verunsicherung groß, was sich durch die bekannten Zwischenfälle aus der Vergangenheit erklären lässt. Seitdem haben Grundlagenforschung, Erschließungsmethodik und Anlagenkonzeption jedoch erhebliche Fortschritte gemacht, wie Dr. Horst Kreuter, Geschäftsführer des weltweit tätigen Beratungs- und Planungsunternehmens GeoThermal Engineering, im Interview bestätigt.

Wie ist der aktuelle Stand bei der Geothermie im Oberrheingraben? 

Kreuter: Derzeit laufen dort sechs tiefengeothermischen Anlagen, das Kraftwerk in Landau wurde im März 2014 wegen einer Leckage in einer Bohrungsdichtung vom Netz genommen. Schon seit 1994 liefert die Anlage in Riehen bei Basel Thermalwasser für die Bereitstellung von Wärme. Noch länger, seit 1987, ist das Geothermieprojekt im elsässischen Soultz-sous-Forêts am Start. Dort wurden in einem europäischen Forschungsprojekt Konzepte zur Entwicklung eines künstlichen unterirdischen Wärmtauschers untersucht. Seit 2016 läuft diese Anlage im kommerziellen Betrieb – ebenso wie das Heizwerk in Rittershoffen. Man sieht also, dass auch auf der französischen Seite des Oberrheins die Geothermie auf dem Vormarsch ist!

Auf deutscher Seite gingen die Anlagen in Landau, Bruchsal und Insheim in den Jahren 2007, 2009 und 2012 in Betrieb. In Bruchsal wird Thermalwasser aus dem Buntsandstein gefördert, in Landau und Insheim aus dem Übergangsbereich zwischen dem Rotliegenden und dem kristallinen Grundgebirge.

Das Stichwort „Landau“ reicht für eine ablehnende Haltung gegenüber neuen Geothermieprojekten schon aus. Welche Ursachen stehen dahinter?

Kreuter: Das Kraftwerk in Landau wurde 2005 geplant und ging schon 2007 in Betrieb. Im August 2009 ereignete sich jedoch ein Beben mit einer Magnitude von 2,7, das im Stadtgebiet von Landau deutlich wahrgenommen wurde. Experten kamen zu dem Schluss, dass bei der Wasserrückführung in den Untergrund mit zu viel Druck gearbeitet wurde und das Wasser in eine geologische Struktur gelangte, die schlecht durchlässig und von der Produktionsbohrung hydraulisch isoliert war. So konnte kein Druckausgleich stattfinden, die Spannungen wurden immer größer und entluden sich schließlich im Beben. Aus den damals gemachten Fehlern haben wir gelernt. Die Vermeidung von induzierter Seismizität ist mittlerweile ein sehr wichtiger Aspekt in der Planung von Geothermieprojekten.

Welche Schäden hat dieses Beben hervorgerufen?

Kreuter: In Landau wurden 63 Schäden an Gebäuden gemeldet, in den meisten Fällen waren es Putzrisse. Baugutachten kamen zu dem Schluss, dass 51 Schäden herkömmliche Ursachen hatten und nicht mit dem Geothermie-Projekt in Verbindung gebracht werden konnten. Das rechtfertigt natürlich nicht, die Seismizität in ihrer Bedeutung zu relativieren. Im Gegenteil: Das Risiko solcher Ereignisse bestmöglich einschätzen und vorausschauend darauf reagieren zu können, muss höchste Priorität genießen. In dieser Hinsicht sind wir in den letzten Jahren ein enormes Stück weitergekommen.

Bleiben wir beim Umgang mit der Seismizität. Was hat sich hier konkret verbessert?

Kreuter: Die Druckproblematik bei der Wasserrückführung in Landau wurde bereits erwähnt. Heute weiß man, dass man nur mit geringem Druck arbeiten darf, um das Seismizitätsrisiko zu minimieren. Dieser Aspekt steht schon bei der geologischen Erkundung im Fokus. Man nutzt heute eine Kombination aus 2D- und 3D-Seismikdaten, die ein weit detaillierteres Bild des Untergrundes geben, als es früher möglich war. Dadurch soll gewährleistet werden, dass man auf durchlässige Strukturen mit ausreichend hohen Fließraten stößt und keine hohen Drücke eingesetzt werden müssen.

Ein weiterer Erkenntnisgewinn: Das Risiko induzierter Seismizität ist größer, wenn man das Thermalwasser in das Granit-Grundgebirge injiziert! Dieses ist härter und speichert Spannungen besser als Sedimentgesteine. GeoWärme Südpfalz wird deshalb das Reservoir im Buntsandstein nutzen, mit ausreichend Abstand zum Grundgebirge.

Wie ebenfalls schon erwähnt, ist die hydraulische Verbindung beider Bohrungen über ein Störungssystem ein wichtiger Faktor, damit sich der Druck ausgleichen kann. Auch diese Konstellation wird beim geplanten Projekt gegeben sein. Schließlich hat sich auch beim Kraftwerksbetrieb viel getan. Man weiß etwa, dass die Anlage zum Produktionsbeginn oder nach Stillstandzeiten nur schrittweise angefahren werden darf, damit die Fließraten langsam ansteigen können und so sich kein übermäßiger Druck im Reservoir aufbaut. Auch ein schlagartiges Ausschalten der Anlage muss vermieden werden.

Eine wichtige Rolle spielt auch das seismische Monitoring, das jetzt bei Geothermie-Projekten im Oberrheingraben vorgeschrieben ist. Hier dienen die Messwerte zur punktgenauen Lokation auch kleiner, nicht spürbarer Beben und zur Abgrenzung von natürlich auftretenden und induzierten Beben, was nicht zuletzt für die Bewertung eventueller Schäden von Bedeutung ist. Die Echtzeitauswertung dieser Daten ist an ein Reaktionsschema gekoppelt. Um Sachschäden zu vermeiden, wird der Anlagenbetrieb an die auftretende Seismizität angepasst. Überschreitet sie gewisse Schwellenwerte, wird der Druck reduziert oder die Anlage gestoppt. Dabei ist auch der so genannte Nachlaufeffekt berücksichtigt, wonach die stärksten Erschütterungen häufig verzögert auftreten.

Ziel ist und bleibt induzierte Seismizität zu vermeiden bzw. klein zu halten. Sie lässt sich heute durch ein detailliertes Monitoring und ein auf das Reservor angepasstes Reaktionsschema begrenzen.

Sie haben auf ein Dichtungsleck als Ursache für den aktuellen Stillstand der Landauer Anlage hingewiesen. Wie lassen sich Schäden bei den Bohrungen feststellen oder vermeiden, die ja einige Kilometer in die Tiefe reichen?

Kreuter: Bei den Stahlrohren in der Bohrung prüft man die Wandstärke regelmäßig mit Hilfe von Ultraschallsonden. Zudem werden Thermalwasserproben entnommen und der Gehalt an Reaktionsprodukten etwa zwischen Eisen und Schwefel gemessen, was Rückschlüsse auf eine Korrosion der Rohre zulässt.

Die Dichtheit der Bohrung lässt sich darüber hinaus durch Druckmessungen der Schutzflüssigkeit bewerten, die sich im Ringraum zwischen Produktions- und Ankerrohrtour befindet. Temperaturmessungen im Zement der Ankerrohrtour – das so genannte Distributed Temperature Sensing oder DTS – geben ebenfalls Aufschluss über Thermalwasser-Leckagen.

Auch noch wichtig ist das Thema der lokalen bohrungsverursachten Bodenhebung. Hier kommen sehr genaue GPS-basierte Höhensensoren am Bohrplatz zur Anwendung, die bereits kleinste Hebungen in Echtzeit erkennen.

Über den so genannten Blowout-Preventer (BOP) – eine Kombination verschiedener, unabhängig voneinander arbeitender Absperrvorrichtungen – lässt sich die Bohrung während der Bohrarbeiten jederzeit verschließen, auch wenn sie unter hohem Druck steht. Ein unkontrollierter Austritt von Flüssigkeiten und Gasen aus den Lagerstättengesteinen kann somit verhindert werden. Der BOP ist ein zentrales Sicherheitselement bei Tiefbohrungen. Nach den Bohrarbeiten sorgt der Bohrlochkopf für einen sicheren Betrieb des Systems.

Neben Landau gab es weitere Zwischenfälle bei der Geothermie im Oberrheingraben. Was lässt sich dazu sagen und welcher Bezug besteht zu GeoWärme Südpfalz?

Kreuter: Die einprägsamsten Bilder, die uns sicher noch vor Augen stehen, hat Staufen mit seinen Gebäuderissen geliefert. Dort ging es aber nicht um Tiefe Geothermie. Es wurden oberflächennahe Bohrungen bis in etwa 140 Meter Tiefe durchgeführt. Daraus ergab sich eine Verbindung zwischen einem gespannten Grundwasserleiter (Aquifer) und einer darüberliegenden Anhydrit-Schicht. Daraufhin wandelte sich der Anhydrit bei Kontakt mit dem im Bohrloch aufsteigenden Grundwasser in Gips um und quoll auf, wodurch sich der Boden an der Oberfläche hob und die Risse an den Gebäuden auftraten. Diese Bilder werden auch gerne bei der Tiefen Geothermie herangezogen – aber, wie gesagt, ohne Zusammenhang. Bei GeoWärme Südpfalz liegen die Anhydrit-führenden Gesteinsschichten in über 2000 Metern Tiefe. Die darüberliegende Gesteinslast verhindert effektiv ein Aufquellen.

Basel steht für das stärkste seismische Ereignis überhaupt im Zusammenhang mit der Geothermie. Was hatte es damit auf sich?

Kreuter: In Basel sollte das kristalline Grundgebirge für die Wärme- und Stromproduktion erschlossen werden – also sehr tiefliegende Gesteine fünf Kilometer im Boden. Dafür wollte man durch das Verpressen von Flüssigkeit mit hohem Druck im an sich wasserundurchlässigen Gestein über Brüche eine hydraulische Leitfähigkeit herstellen, über die das Thermalwasser zirkulieren sollte. Bei diesem Vorgang nahm die Seismizität kontinuierlich zu, und erst einige Stunden, nachdem man die Injektion komplett gestoppt hatte, trat das stärkste seismische Ereignis mit einer Magnitude von 3,4 auf. Noch Wochen danach wurden drei Nachbeben mit Magnituden über 3 registriert. Es gab nur leichte Sachschäden, aber das Projekt wurde nicht weitergeführt.

Auch hier lässt sich die Situation nicht mit GeoWärme Südpfalz vergleichen. Das Erschließungskonzept des Projekts sieht vor, natürlich vorhandene Wasserleiter zu nutzen. Es müssen also keine neuen Risse erzeugt und so erst Wege für das Wasser „freigepresst“ werden.

Wie werden die Erkenntnisse für neue Geothermie-Projekte genutzt? Gibt es verbindliche Richtlinien und Handlungsanweisungen?

Kreuter: Seit 2007 wurden über 60 Forschungsprojekte zur Tiefen Geothermie im Oberrheingraben durchgeführt. Speziell die Zwischenfälle in Basel und Landau haben dazu geführt, dass sich Forschung, Behörden und Landesämter intensiv mit dem Thema induzierte Seismizität befasst haben. Man kann sagen: Der Wissensstand ist heute auf einem sehr hohen Niveau!

Im Zuge der Ereignisse entstand das Mediationsverfahren „Geothermie Vorderpfalz“, an dem sich Anlagenplaner, Anlagenbetreiber und Geothermie-Gegner beteiligt haben. Als Ergebnis wurden im Jahr 2013 Betriebsregeln für tiefe Geothermie-Anlagen festgelegt und ein Reaktionsschema mit Gegenmaßnahmen bei seismischen Ereignissen etabliert. Diese Regelungen sind für die bestehenden Anlagen verbindlich geworden und gehören zu den Genehmigungsauflagen für neue Projekte.

Im Genehmigungsverfahren verlangen die Bergämter heute ein seismisches Gefährdungsgutachten mit einer Beschreibung der lokalen geologischen Situation und einer Analyse der natürlichen Seismizität im Untersuchungsgebiet. Ebenso müssen die geplanten operativen Maßnahmen im Hinblick auf seismische Gefährdungen bewertet,  Eintrittswahrscheinlichkeiten abgeschätzt und konkrete Maßnahmen zur Risikominderung aufgeführt werden.

Diese Rahmenbedingungen sind Welten entfernt von den Projekten, die in den beginnenden 2000er-Jahren geplant und umgesetzt wurden.

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