Tiefe Geothermie
Die BGR beteiligt sich an Forschungs- und Demonstrationsprojekten zur Entwicklung der tiefen Geothermie. Dabei bearbeitet sie unter anderem geologische und geophysikalische Fragestellungen. Zudem erforscht sie Optionen zur Lithium-Gewinnung aus den Thermalwässern.
Motivation
Der Mensch nutzt von alters her die Wärme der Erde dort, wo oberflächennah hohe Temperaturen auftreten, zum Beispiel für Badezwecke oder zum Kochen. Unabhängig von der Tiefe, aus der die Erdwärme gewonnen wird, kann diese rund um die Uhr genutzt werden. Dies ist ein wesentlicher Vorzug gegenüber anderen witterungsabhängigen erneuerbaren Energiequellen.
Es müssen keine hohen Temperaturen im Untergrund vorherrschen, um Erdwärme nutzen zu können. In Deutschland und in vielen anderen Ländern dient der flache Untergrund zunehmend als Wärmequelle für die Gebäudeheizung. Hierfür werden überwiegend Erdwärmesonden bis in Tiefen von etwa 100 Meter gebohrt. Die Nutzung heißer Gesteine und heißer Wässer aus großen Tiefen (tiefe Geothermie) ist technisch aufwendiger und risikobehafteter, aber auch energetisch lohnenswerter als die Wärmenutzung aus dem oberflächennahen Untergrund.
Aktivitäten der BGR
Im Rahmen von Forschungsprojekten trägt die BGR zur Entwicklung der tiefen Geothermie in Deutschland bei und berät politische Institutionen, Energieversorger sowie sonstige Interessenten im Hinblick auf geothermische Nutzungsmöglichkeiten. Im Vordergrund der Untersuchungen der BGR steht aktuell die mitteltiefe Geothermie mit Tiefen bis ca. 2.500 m, da bis zu dieser Tiefe verstärkt geothermische Projekte in Deutschland umgesetzt werden. (Die mitteltiefe Geothermie wird hier insgesamt zur tiefen Geothermie zugerechnet). Regional bildet das Norddeutsche Becken mit seinem großen unerschlossenen Potenzial einen Schwerpunkt.
Die BGR führt geologische, geophysikalische und geochemische Untersuchungen zu den Nutzungsmöglichkeiten der tiefen Geothermie durch. Wesentliche Datengrundlagen sind hierfür Bohrberichte, Bohrlochmessungen und weitere Untersuchungen im Zusammenhang mit ehemaligen Öl- und Gasbohrungen. Es werden konzeptionelle Reservoirmodelle erstellt sowie Simulationsrechnungen zur Thermalwasserströmung und zum Wärmetransport im Untergrund durchgeführt. Neben der Wärmegewinnung wird auch die Wärmespeicherung in tiefliegenden Aquiferen untersucht. Zudem werden technische Aspekte der Erschließung und Nutzung von tiefer Erdwärme sowie neuartige Nutzungskonzepte betrachtet und bewertet.
Im Raum Hannover unterhält die BGR zwei eigene Tiefbohrungen, an denen die Nutzung der tiefen Geothermie exemplarisch für die Verhältnisse im Norddeutschen Becken untersucht wird.
Die Aktivitäten der BGR beschränken sich nicht auf Deutschland. So unterstützt die BGR Entwicklungsländer bei der Einführung und Nutzung der Geothermie. In diesem Rahmen sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der BGR in Entwicklungsländern mit günstigen geothermischen Bedingungen tätig. Im Fokus der fachlichen Arbeit stehen dabei die geowissenschaftliche Erkundung und Bewertung von geothermischen Ressourcen. Weitere Informationen dazu sind hier zu finden.
Aktuelle Projekte
Tiefe Geothermie in Deutschland
Die Erdwärmenutzung gewinnt sowohl weltweit als auch in Deutschland an Bedeutung. Große geothermische Anlagen befinden sich in Deutschland vorwiegend im Raum München, im sogenannten Süddeutschen Molassebecken, wo der tiefe Untergrund günstige Gesteinsdurchlässigkeiten für das zu fördernde heiße Thermalwasser aufweist. Aber auch im Oberrheingraben und im Norddeutschen Becken werden Geothermieanlagen betrieben, die Thermalwasser aus Tiefen von etwa 2.000 bis 4.000 Meter fördern. Die großen Geothermieanlagen in Deutschland dienen überwiegend der Nah- und Fernwärmeversorgung, in einigen Fällen aber auch der Stromerzeugung.
Die Verfügbarkeit von Wärmepumpen für große thermische Leistungen (> 1 Megawatt) ermöglicht seit Kurzem die Nutzung von geothermischen Reservoiren mit relativ geringer Temperatur und Tiefenlage (ab ca. 40°C und ca. 1.000 m Tiefe). Diese Entwicklung sowie Kosten- und Risikoaspekte begründen maßgeblich die verstärkte Aufmerksamkeit für die mitteltiefe Geothermie.
Lithiumgewinnung aus geothermischen Wässern
Lithium ist ein essenzieller Rohstoff für die Herstellung von Batterien, insbesondere für die Elektromobilität und die Speicherung erneuerbarer Energien. Da geothermische Wässer in vielen Regionen Deutschlands, vor allem im Oberrheingraben und Norddeutschen Becken, erhebliche Mengen an gelöstem Lithium enthalten, rückt die Kopplung von Geothermie und Rohstoffgewinnung verstärkt in den Fokus von Forschung und Industrie.
Die Kombination aus Energiegewinnung und Rohstoffextraktion könnte die Wirtschaftlichkeit geothermischer Anlagen erheblich verbessern und zugleich eine heimische Alternative zu herkömmlichen Lithium-Abbaumethoden bieten. Aktuelle Forschungsprojekte untersuchen verschiedene Sorptions- und Extraktionsverfahren, um Lithium effizient aus den geförderten Thermalwässern zu gewinnen, ohne dabei die geothermische Energieproduktion zu beeinträchtigen. Die BGR verfolgt diesen Ansatz in Kooperation mit anderen Forschungseinrichtungen und Industriepartnern, um das Potenzial dieser Technologie für den deutschen Markt zu bewerten.