Fachbeiträge der bbr-Ausgabe 02-2023

Eine Roadmap für die Tiefe Geothermie in Berlin

Bis spätestens 2045 will Berlin klimaneutral werden. Auf dem Weg zu diesem ambitionierten Ziel kann Tiefe Geothermie eine wichtige Rolle spielen. Aktuell liegen für den tiefen Untergrund von Berlin jedoch nur sehr wenige Daten vor, weshalb das Fündigkeitsrisiko tiefengeothermischer Bohrungen entsprechend hoch ist. Der Berliner Senat hat deshalb mit der Roadmap Tiefe Geothermie Berlin ein umfangreiches Explorationsprogramm mit einem Volumen von über 100 Mio. Euro beschlossen, welches auf zwölf Bohrungen und einer berlinweiten 3D-Seismik beruht.

Autoren: Ingmar Budach, Dr. Johannes Birner, Dr. Christof Sick (Berliner Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt)

Geothermie und Lithiumgewinnung: Erneuerbare Energie und nachhaltige Rohstoffproduktion aus Deutschland

Das Unternehmen Vulcan Energy strebt an, der weltweit erste Produzent von Lithium bei gleichzeitiger Erzeugung erneuerbarer Energie zu werden. Ziel ist es, die europäische Elektroautomobilindustrie mit klimaneutralem Lithium zu beliefern. Als Vorprodukt gewinnt man dafür den Rohstoff Lithiumchlorid, der aus der heißen unterirdischen Sole des Oberrheingrabens extrahiert wird. Die Sole dient dem Unternehmen darüber hinaus zur Energieerzeugung in Form von Wärme und Strom. In diesem Zusammenhang beschreibt dieser Beitrag ein Pilotprojekt im rheinland-pfälzischen Insheim zur Gewinnung von Lithium aus gefördertem Thermalwasser.

Autoren: Justine Mouchot, Benoit Girard (Vulcan Energie Ressourcen GmbH)

Grubensonne: Saisonale Wärmespeicherung in Grubenwasser

Nicht erst mit Einführung der kommunalen Wärmeplanung suchen Stadtwerke und Energieversorger nachhaltige Lösungen für den Wärmesektor. Dies gilt insbesondere in den dicht besiedelten Regionen, deren Fernwärmenetze noch weitgehend auf fossile Brennstoffe angewiesen sind. Aus dieser Motivation heraus hat das Fraunhofer IEG zwei Projekte initiiert: Geothermica HEATSTORE und Interreg-NWE DGE-Rollout. Das Projekt HEATSTORE hat eine Pilotanlage zur saisonalen Hochtemperatur-Wärmespeicherung in Bergwerken (HT-MTES, High-Temperature Mine Thermal Energy Storage) entwickelt und erprobt. Während des Sommers erwärmt Solarthermie das Wasser in einem gefluteten Bergwerk auf dem Gelände des Fraunhofer IEG in Bochum. Im Projekt Interreg-NWE DGE-Rollout dient das warme Grubenwasser während der Heizperiode als Wärmequelle für eine eigens entwickelte Hochtemperaturwärmepumpe (HTWP), die an das lokale Fernwärmenetz angeschlossen wird

Autoren: Dr. Florian Hahn, Stefan Klein, Dr. Matthias Utri, Arianna Passamonti (Fraunhofer IEG)

Hamburger Wärmewende-Projekt IW³ – von der Tiefen zur Mitteltiefen Geothermie

Die HAMBURG ENERGIE Geothermie GmbH (HEGeo), eine Tochter der Hamburger Energiewerke, hat in Hamburg-Wilhelmsburg eine Bohrungsdublette aus tertiären Sandsteinen des Eozäns errichtet und erfolgreich getestet, um Erdwärme zu gewinnen. Ursprünglich war das Projekt als Tiefe Geothermie geplant. Eine zu geringe Mächtigkeit des ursprünglichen Reservoirs erforderte im laufenden Projekt jedoch eine Umplanung. Sukzessive wurden mögliche Ausweichhorizonte in der ersten Aufschlussbohrung getestet und dann ein produktiver Horizont über einen Sidetrack und eine Förderbohrung erschlossen. Begleitet wurden die Arbeiten von einem umfangreichen geowissenschaftlichen Untersuchungsprogramm. Da die Temperatur des Mitteltiefen geothermischen Reservoirs für die erforderliche Heizwassertemperatur im Fernwärmenetz nicht ausreichend ist, wurde eine Wärmepumpenanlage errichtet. Das Projekt wird als eines der Reallabore der Energiewende vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Als Resultat der grundlegenden Konzeptänderung konnten die Vorteile einer Mitteltiefen Geothermie sichtbar gemacht werden, die viele Blaupause-Projekte in Norddeutschland ermöglichen sollte.

Autoren: Thomas-Tim Sävecke, Herbert Achilles, Dr. Carsten Hansen, Dr. Thomas Thaufelder (HAMBURG ENERGIE Geothermie GmbH)

Lagarde-Campus Bamberg setzt Maßstäbe: Kombination von Erd- und Abwärme in einem kalten Nahwärmenetz

In Bamberg entsteht aktuell auf dem Gelände der ehemals von US-Streitkräften genutzten Lagarde-Kaserne ein 23 Hektar großes zukunftsfähiges Wohnquartier. Einen wesentlichen Bestandteil der vielseitigen Energieversorgung bildet das kalte Nahwärmenetz, welches durch Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren in der Freifläche, Erdwärmekollektoren unter Gebäuden und einen zentralen Abwasserwärmetauscher gespeist wird. Das Forschungsvorhaben MultiSource begleitet die Umsetzung der Anlage und untersucht – unter anderem mit umfangreicher Messtechnik – das Zusammenspiel der unterschiedlichen regenerativen Wärmequellen.

Autoren: Johannes Meyer, Prof. Dr. Volker Stockinger (Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm)

Umstellung einer Erdgasleitung auf Wasserstoff: Blaupause für den raschen Aufbau einer deutschlandweiten H₂-Infrastruktur

Der Energiepark Bad Lauchstädt in Sachsen-Anhalt ist Deutschlands erstes und bisher einziges Reallabor der Energiewende, für das alle sieben Konsortialpartner bereits eine finale Investitionsentscheidung (FID) für das Gesamtprojekt getroffen haben und bei dem die Bauarbeiten in allen Stufen der Wertschöpfungskette in vollem Gange sind. Derzeit werden acht neue Windräder errichtet, die den Strom für die Elektrolyse erzeugen werden. Das dazugehörige Umspannwerk wurde 2023 fertiggestellt und im Dezember technisch abgenommen. Die Vorarbeiten zum Errichten der Elektrolyseeinheit laufen, ebenso die Umstellarbeiten an einer rund 25 km langen Erdgasleitung von Bad Lauchstädt nach Leuna. Der Start für den kommerziellen Wasserstofftransport ist für die zweite Jahreshälfte 2025 vorgesehen. Dieser Beitrag beschreibt ausführlich die für die Umstellung einer Gasleitung auf Wasserstoff notwendigen Vorarbeiten und Prozesse und vermittelt erste Erfahrungen beim Umsetzen dieses für alle Beteiligten neuen Verfahrens.

Autoren: Christian Decker, Dr. Ralf Borschinsky (ONTRAS Gastransport GmbH)

Wasserstoff-Leitprojekt TransHyDE: Speicher- und Transportlösungen für grünen Wasserstoff

Die Notwendigkeit, Wasserstoff in ein auf erneuerbaren Energien basierendes Energiesystem zu integrieren, genießt zur Stunde in Deutschland bereits eine breite branchenübergreifende Akzeptanz. Um einen Wasserstoffhochlauf jedoch zu ermöglichen, also nachhaltige Erzeugungs- und Verbrauchsstrukturen zusammenzuführen, bedarf es einer leistungsfähigen, effizienten sowie skalierbaren Transport- und Speicherinfrastruktur. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Wasserstoff-Leitprojekt TransHyDE entwickelt, bewertet und demonstriert daher Technologien rund um die Speicherung und den Transport von gasförmigem und flüssigem Wasserstoff, Ammoniak sowie flüssigen organischen Wasserstoffträgern (LOHC). Der vorliegende Beitrag gibt einen Rückblick auf die Projektaktivitäten im vergangenen Jahr und skizziert, welche Vorhaben im Rahmen der TransHyDE-Projekte 2024 vorgesehen sind.

Autor: Hauke Hinners (Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion)

Synthesefaserliner nach 24 Jahren Betrieb auf Herz und Nieren geprüft

Ende der 1990er-Jahre sanierte die Stadt Düren zwei über 100 Jahre alte Kanäle – einen Beton-Regenwasserkanal mit Eiquerschnitt 400/600 mm und einen Schmutzwasserkanal aus Steinzeug DN 300. Bei der Sanierung kamen damals Synthesefaserliner zum Einsatz, die heute unter dem Namen PAA-SF-Liner auf dem Markt bekannt sind. Im Zuge der Digitalisierung ihres Kanalnetzes führte die Stadtentwässerung Düren eine umfassende hydraulische Neuberechnung durch, mit dem Ergebnis, dass zur Entlastung des innerörtlichen Wasserlaufs Mühlenteich das Stauraumvolumen innerhalb des Kanalnetzes an einigen Stellen sukzessive vergrößert werden muss.

Autor: Albert Kappauf (Aarsleff Rohrsanierung GmbH)

Lagerungsdichte der Filterschüttung an Brunnen vs. Förderleistung

Die Filterschüttung an Brunnen kann beim Bau in lockerer oder dichter Lagerung hergestellt werden. Auch durch den Betrieb und Regenerierung wird sie verdichtet. Der Einfluss der Lagerungsdichte auf die Förderleistung ist theoretisch begründbar und in der Praxis nachgewiesen vernachlässigbar gering. Um Schäden am Brunnen zu vermeiden, ist bei dessen Herstellung die Schüttgutkonsolidierung zweckmäßig.

Autoren: Dr. Peter Nillert (BRUNI PLAN Dr. Peter Nillert), Michael Wegele (GCI GmbH Grundwasser Consulting Ingenieurgesellschaft)