Verbundsynthese «Geothermie» des NFP «Energie»

Die oberflächennahe Geothermie mit Wärmepumpen ist Stand der Technik und in der Schweiz bereits stark verbreitet. Im künftigen Energiesystem soll zusätzlich die mitteltiefe bis tiefe Geothermie (1–6 km) eine wichtige Rolle spielen. Im Vordergrund steht die Lieferung von Wärme für Gebäude und industrielle Prozesse. Diese Form der Erdwärmenutzung setzt einen gut durchlässigen Untergrund voraus, damit ein Fluid – in der Regel Wasser – die natürlich vorhandene Gesteinswärme übernehmen und an die Oberfläche transportieren kann. Bei Sedimentgesteinen ist dies meist von Natur aus gegeben, wogegen bei Graniten und Gneisen die Durchlässigkeit mittels Einpressen von Wasser künstlich herbeigeführt werden muss. Die so gewonnene Wärme nimmt mit zunehmender Bohrtiefe zu: In 1 km Tiefe liegt die Untergrundtemperatur bei ca. 40 °C und in 3 km Tiefe bei ca. 100 °C. Um eine Dampfturbine für die Stromproduktion anzutreiben, sind Temperaturen von über 100 °C notwendig. Da dafür grössere Tiefen von 3 bis 6 km erforderlich sind, steigt auch das Risiko der durch die Bohrungen induzierten Seismizität. Der Untergrund eignet sich ausserdem auch zur Speicherung von Wärme und Gasen, zum Beispiel Wasserstoff oder Methan, sowie zur definitiven Einlagerung von CO2. Dazu muss er ähnliche Voraussetzungen erfüllen wie bei der Wärmegewinnung, zusätzlich ist jedoch eine über dem Reservoir liegende dichte Deckschicht erforderlich, damit das Gas nicht entweichen kann. Im Verbundprojekt «Wasserkraft und Geothermie» des NFP «Energie» wurde vor allem der Frage nachgegangen, wo sich in der Schweiz geeignete Bodenschichten finden, die die Anforderungen der verschiedenen Nutzungen optimal erfüllen. Ein zweiter Forschungsschwerpunkt betraf Massnahmen zur Reduktion der durch Tiefenbohrungen induzierten Seismizität und der daraus folgenden Schäden an Bauten. Im Weiteren wurden Modelle und Simulationen entwickelt, die zu einem besseren Verständnis der Vorgänge im Untergrund bei der Erschliessung und Nutzung der geothermischen Ressourcen beitragen. Zusammengefasst zeigen die Forschungsergebnisse, dass in der Schweiz gute Voraussetzungen vorhanden sind für die Nutzung der mitteltiefen Erdwärme (1–3 km), sowohl für den Gebäudepark als auch für industrielle Prozesse. Auch in Bezug auf die saisonale Speicherung von Wärme und Gasen ist Optimismus angebracht. Die Potenziale für die definitive Einlagerung von CO2 in relevanten Mengen sind demgegenüber als eher limitiert zu bezeichnen. Hinsichtlich der Stromproduktion aus Erdwärme mittels der tiefen Geothermie (> 3 km) besteht noch keine abschliessende Gewissheit, wie gross das wirtschaftlich nutzbare Potenzial im Untergrund wirklich ist. Diesbezüglich sind dringend industriell betriebene Demonstrationsanlagen notwendig, um die Akzeptanz bei der Bevölkerung und bei Investoren zu stärken.