In den kommenden 20 Jahren muss die Bundesrepublik Deutschland jedes Jahr in etwa ein neues Kraftwerk errichten um einerseits dem gestiegenen Energiebedarf zu decken und andererseits veraltete Kraftwerke zu ersetzen. Die Energieleistung eines dieser Kraftwerke soll durch Geothermieanlagen abgedeckt werden. Zu den verschiedenen Optionen, geothermische Energie zu erzeugen, zählt in den Kristallingebieten Deutschlands das Hot Dry Rock (HDR)-Verfahren, zu dem es in der Bundesrepublik bereits erste Forschungsergebnisse gibt. Die Ergebnisse dieser Forschungen stehen jedoch in deutlichem Gegensatz zu den Energiepotentialen, die aus den Kristallingebieten und folglich dem HDR-Verfahren erwartet werden (Tab. 1). Daher besteht gerade bei diesem Verfahren ein erhebliches Forschungspotential auf folgenden Gebieten:

• Geologische und Geophysikalische Erkundung / Interpretation
• Hydrogeologische Untersuchungen
• Bohrtechnik
• Fracen des Gesteins
• Modellierung aller relevanten Prozesse
• Kraftwerkstechnik
• Monitoring

Hot Dry Rock (HDR) ist eine Variante der tiefen Geothermie in Bereichen, in denen es keine nennenswerte Menge an Grundwasser gibt. Das Prinzip von HDR wurde z.B. in Fenton Hill (USA), Jijiori, Ogeschi (Japan), Rosemanowes Quarry (England) und Soultz-Sous-Forêts (Frankreich) untersucht. Es basiert darauf, in Festgesteinen in Tiefen über 3.000 m entweder vorhandene Klüfte aufzuweiten oder neue Klüfte auf Schwächezonen zu schaffen. Überwiegend wird dazu Hydrofracturing eingesetzt, ein Verfahren, bei dem ein Fluid mit hohem Druck in den Untergrund verpresst wird. Damit werden Eindringtiefen von mehreren hundert Metern erreicht. Das höchste Potential für HDR bzw. EGS (Enhanced Geothermal Systems) haben bei Weiten kristalline Gesteine. Da kristalline Gesteine zumindest ab einer gewissen Tiefe überall anzutreffen sind, sind HDR und EGS quasi standortunabhängig bzw. nur durch die Bohrtiefe limitiert. HDR oder EGS beruht darauf, ein kaltes Fluid über eine Injektionsbohrung in das Gestein zu pumpen und über eine Förderbohrung wieder zu fördern und das erwärmte Fluid zur Energienutzung zu verwenden. Als Fluid wurde bislang bei allen Pilotprojekten weltweit Wasser als Wärmemedium eingesetzt. Demgegenüber untersucht diese Studie den möglichen Einsatz und die Vorteile der Verwendung von überkritischem CO2 (scCO2) als Wärmemedium. Üblicherweise wird unterschieden in geothermische Energiegewinnung mit geringer, mittlerer und hoher Temperatur. Mit konventioneller Bohrtechnik werden heute Bohrtiefen bis ca. 3.000 m im Rahmen von Geothermieprojekten als ökonomisch vertretbar bezeichnet. Die in diesen Tiefen normalerweise angetroffenen Temperaturen sind aber grenzwertig für die Erzeugung elektrischer Energie. Die hier zusammengefassten Forschungsergebnisse zeigen exemplarisch an 2 Beispielen (Sachsen, Bad Urach), welche Energiepotentiale sich mit HDR und scCO2 in größeren Teufen erschließen lassen und welche Verfahren dafür geeignet sind. Entgegen der häufig vertretenen Ansicht Hot Dry Rock mit einer Dublette, also einer Injektionsund einer Förderbohrung zu betreiben, vertreten wir die Ansicht, dass eine effektive Nutzung eines HDR Reservoirs drei Bohrungen erfordert. Dies ist darin begründet, dass sich das durch Fluid-Fracture öffnende System von Klüften von der Injektionsbohrung aus entsprechend des Spannungsfeldes senkrecht zur minimalen Hauptspannung im Gebirge öffnen und in beide Richtungen von der Injektionsbohrung aus ausbreiten wird. Die Kenntnis des Spannungsfeldes (Größe und Richtung) ist somit Grundvoraussetzung für das Design des Reservoirs. Die optimalen Punkte für die Produktionsbohrungen liegen somit jeweils am Ende des gefracten Reservoirs. Eine Ablenkung aller drei Bohrungen kann erforderlich sein, um das Reservoir senkrecht anzufahren.

Im Rahmen der hier dargestellten Machbarkeitsstudie wurden die folgenden Aufgabenfelder dargestellt bzw. andiskutiert:

• Bohrtechnik
• Fracen und Stimulieren eines Reservoirs
• Geologisch-geophysikalische Erkundung
• Monitoring und gegebenenfalls Steuerung des Frac-Ablaufs
• Bohrlochgeophysik
• Geochemische Reaktionen, Thermodynamik
• Modellierung einzelner Prozesse und des Gesamtsystems
• Monitoring
• Optimierung der Wärme-Strom-Kopplung
• Integration der einzelnen Prozesse

Bei den meisten der vorgenannten Verfahrensweisen besteht durch die hohen Kosten, die bislang mit diesen Verfahren verbunden sind, ein hohes finanzielles Einsparpotential. Da die Forschung in Deutschland – mangels vorhandenen HDR-Anlagen – bislang nicht im notwendigen Umfang durchgeführt wird, sind die Möglichkeiten zur Kosteneinsparung noch nicht vollständig ausgelotet worden. Sollte es gelingen, die Techniken preiswerter als bislang anzuwenden, wird die geothermische Energiegewinnung mittels HDR und scCO2 erhebliche Markchancen haben. Mehr ....