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Europäisch-mexikanische Kooperation erforscht unkonventionelle geothermische Systeme

Um das volle Potenzial der kohlenstoffarmen geothermischen Energie nutzbar zu machen, hat GEMex (in Zusammenarbeit mit einem mexikanischen Forschungsteam) zwei Lagerstätten in der Sierra Volcánica Transversal begutachtet, charakterisiert und entsprechende Möglichkeiten zur Gewinnung vorgeschlagen.

Energie

Obwohl Geothermie als lokale Energiequelle rund um die Uhr verfügbar ist, wird sie noch kaum genutzt. Dabei könnte sie in ganz Europa für Heizung und Kühlung eingesetzt werden sowie in Regionen mit höheren geothermischen Temperaturen, wie Deutschland, Frankreich, Griechenland, Kroatien, Island, Italien, Rumänien, Serbien oder Ungarn, auch zur Stromerzeugung. Das EU-finanzierte Projekt GEMex entstand als europäisches Konsortium unter der Schirmherrschaft des gemeinsamen Programms für Geothermie des europäischen Energieforschungsbündnisses (EERA) und arbeitet mit einem mexikanischen Konsortium zusammen. An den zwei geothermischen Projektstandorten Acoculco und Los Humeros in Mexiko wurden die Ressourcen begutachtet, die Reservoirs charakterisiert und Konzepte für die zukünftige Fortentwicklung der Stätten erarbeitet.

Unkonventionelle geothermische Reservoirs

Zwar wird geothermische Energie sowohl in Europa als auch in Mexiko bereits seit einiger Zeit genutzt, doch die Konsortiumsmitglieder beider Regionen interessierten sich für unkonventionelle geothermische Systeme: verbesserte geothermische Systeme (EGS) und extrem heiße geothermische Systeme (SHGS). Verbesserte geothermische Systeme sind geothermische Reservoirs mit vielversprechend hohen Temperaturen, aber ohne die nötige Ausgangsdurchlässigkeit des Gesteins und ohne genügend Flüssigkeit (Fluid) im Gestein, um ausreichend Wärme an die Oberfläche zu transportieren. Extrem heiße geothermische Systeme sind geothermische Reservoirs mit sehr hohen Fluidtemperaturen (manchmal über 350 °C), die wesentlich höher sind als in allen bisher nutzbaren Stätten. Solch hohe Temperaturen würden pro Bohrung mehr Energie liefern als geothermische Standardanlagen. Für die geothermische Stromerzeugung wären sie also ideal, doch die rauen Bedingungen unter der Oberfläche sind bei Bohrung und Schachtausbau ein Härtetest für Methoden und Material. Die Stätte in Acoculco ist extrem heiß (300 °C in 2 km Tiefe), doch zwei große Bohrungen trafen kaum Fluide an, sodass ein verbessertes geothermisches System angemessen schien. In Mexiko gab es das bis zu diesem Zeitpunkt noch nie. Los Humeros ist bereits als geothermisches System in Betrieb, nur ein extrem heißer Abschnitt des geothermischen Feldes, in dem Temperaturen über 400 °C herrschen, bleibt weiterhin ungenutzt. Mit Hilfe geologischer, geochemischer, geophysikalischer, vulkanologischer und hydrologischer Tests (unter anderem mit passiv seismischen Messungen, Magnetotellurik, Gravimetrie und Bodenluft) charakterisierten die Forschenden von GEMex die Reservoirs in der Tiefe und bestimmten in Labortests die Eigenschaften von Gestein und Fluiden sowie deren Reaktionen auf Temperatur- und Druckschwankungen. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden mit aktualisierten Regional- und Reservoirmodellen kombiniert, um eine Grundlage für weitere Entwicklungen und Nutzungen zu schaffen. Ein Konzept für verbesserte geothermische Systeme in Acoculco baut auf dem bestehenden Bruchnetzwerk und geologischen Informationen auf, bezieht aber auch die physikalischen Eigenschaften des Tiefengesteins ein, um so hydraulische Frackingmaßnahmen für beide oder eine der Tiefbohrstellen vorlegen zu können. Im Konzept für Los Humeros sind Bohrstellen für den Zugang zu tiefen, extrem heißen Fluiden vorgesehen sowie operationelle Bohranordnungen für einen sicheren und erfolgreichen Betrieb (einschließlich der passenden Materialien). „Bei Acoculco haben wir eine Bruchzone gefunden, die sich über hydraulische Stimulation mit dem Bohrloch verbinden ließe, um das Reservoir durchlässiger zu machen und eine natürliche Wasserspeicherzone zu schaffen“, erklärt Projektkoordinator David Bruhn. „Bei Los Humeros zeigten unsere Explorationen ein Reservoir, das noch tiefer liegt als das, was bereits genutzt wird – es wurde bisher noch gar nicht untersucht.“

Nachhaltige Fortentwicklung der Stätten

GEMex unterstützt gemäß dem Europäischen Strategieplan für Energietechnologie die Entwicklung und Nutzung kohlenstoffarmer Technologien. Um die europäische Forschung voranzubringen, hat das Projekt sowohl eine frei zugängliche Datenbank für Austausch und Veröffentlichung von Projektdaten entwickelt als auch eine virtuelle Forschungsumgebung für den internen Wissensaustausch. „Dank der Konzepte aus GEMex sollte sich die Geothermie in Mexiko und Europa schneller entwickeln und dank der Prognosemodelle sollte das Risiko fehlgeleiteter Investitionen sinken“, so Bruhn. „Gerade diskutieren wir potenzielle Nachfolgeprojekte, die sich mit neuen Bohrungen an der extrem heißen Zone in Los Humeros befassen oder vielleicht eine durchlässige Zone in Acoculco anbinden könnten. Als Wissenschaftler würde ich ein mexikanisches Tiefenbohrungsprojekt begrüßen und voll unterstützen.“

Schlüsselbegriffe

GEMex, geothermisch, Energie, Strom, Elektrizität, Mexiko, extrem heiße geothermische Systeme, SHGS, verbesserte geothermische Systeme, EGS, Gestein, Reservoir, Bohrung, Bohrstelle, Bohrloch

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