Forscher des Mediterranen Instituts für fortgeschrittene Studien (Imedea, CSIC-UIB) haben nachgewiesen, dass geothermische Kreislaufsysteme nicht geeignet sind, um effizient und nachhaltig Elektrizität zu erzeugen, da die Temperatur der Flüssigkeit, die die Wärme aus dem Untergrund entzieht, schnell sinkt.
Um diesen Temperaturverlust auszugleichen, müssten Dutzende horizontaler Bohrlöcher in mehreren Kilometern Tiefe gebohrt werden, was mit sehr hohen technischen und wirtschaftlichen Kosten verbunden wäre, heißt es in der Studie, die in der Fachzeitschrift „Communications Engineering” veröffentlicht wurde, wie Imedea in einer Mitteilung bekannt gab.
Geothermie – die unter der Erdoberfläche gespeicherte Wärme – gilt als erneuerbare Energiequelle mit großem Potenzial. Ihre Nutzung zur Stromerzeugung ist jedoch nach wie vor sehr begrenzt: Sie macht nur 0,5 % der weltweiten Kapazität aus, gegenüber 30 % der anderen erneuerbaren Energien wie Solar- und Windenergie.
Die Stromerzeugung aus geothermischer Energie begann 1906, aber selbst nach mehr als einem Jahrhundert der Entwicklung beschränkt sich ihre Nutzung auf hydrothermale Ressourcen, die an ganz bestimmten Orten wie den Grenzen tektonischer Platten und an Hotspots zu finden sind.
„Um das immense Potenzial der Geothermie über die Grenzen der Platten hinaus zu nutzen, wurde die Entwicklung von Enhanced Geothermal Systems (EGS) vorgeschlagen, bei denen Hunderte oder Tausende von natürlichen Verwerfungen stimuliert werden, was zu Mikrobeben führt“, erklärt der Doktorand am Imedea und Erstautor der Studie, Sri Kalyan Tangirala.
Er fügt hinzu, dass nach der Stimulierung der Brüche Wasser zwischen den Injektions- und Produktionsbohrlöchern zirkuliert wird, um dabei Wärme zu entziehen, und erklärt, dass „einige dieser Systeme, insbesondere das in Basel in der Schweiz und das in Pohang in Südkorea, Erdbeben der Stärke 3,4 bzw. 5,5 ausgelöst haben, was zur Einstellung der Projekte führte”.
Geothermische Kreislaufsysteme (CLGS) wurden als Alternative entwickelt, die das Aufbrechen des Gesteins vermeidet und die Wärme aus dem Untergrund über mehrere seitliche Leitungen – von der Größe eines Bohrlochs – entzieht, die die Injektions- und Produktionsbohrlöcher verbinden. Mehrere Unternehmen haben diese Systeme als skalierbare und universelle Lösung zur Stromerzeugung beworben und Millionen von Dollar an Finanzmitteln erhalten.
Das Imedea weist darauf hin, dass für einen effizienten Betrieb des Systems eine große Wärmeaustauschfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gestein erforderlich ist. Dies erfordert die Bohrung horizontaler Abzweigungen von mehreren Kilometern Länge in ebenfalls mehreren Kilometern Tiefe.
„Unsere Simulationen zeigen jedoch, dass bei einem hohen Flüssigkeitsdurchfluss in diesen seitlichen Bohrlöchern die Wärme des Gesteins in den Bereichen nahe der Bohrung schnell erschöpft ist. Die Wärme aus weiter entfernten Regionen wird nicht schnell genug übertragen, um diesen Verlust auszugleichen, was innerhalb weniger Tage nach Beginn der Flüssigkeitszirkulation zu einem deutlichen Temperaturabfall führt“, fügt Tangirala hinzu.
Um diesen Effekt abzuschwächen, müssen die Flüssigkeitsströme in den Abzweigungen niedrig gehalten werden, was die Wärmeverluste reduziert. Um jedoch nennenswert Strom oder Wärme zu erzeugen, muss der Gesamtdurchfluss des Systems hoch sein.
„Dies erfordert die Bohrung von Dutzenden von Seitenzweigen, um den Durchfluss zu verteilen, was mit sehr hohen technischen und wirtschaftlichen Kosten verbunden ist. Daher sind geschlossene Kreislaufsysteme für die Stromerzeugung nicht rentabel“, schließt Professor Víctor Vilarrasa vom Imedea, Mitautor der Studie.
Die Autoren haben Szenarien mit einem relativ hohen geothermischen Gradienten (41,25 °C/km) modelliert und eine detaillierte technoökonomische Bewertung durchgeführt. Ihre Ergebnisse bestätigen, dass die Wärmeverluste proportional zu den Durchflussmengen in den seitlichen Bohrlöchern sind und dass zur Aufrechterhaltung akzeptabler Produktionstemperaturen Dutzende Kilometer tiefe Abzweigungen gebohrt werden müssten, was extrem teuer wäre.
Diese Systeme könnten jedoch in Kombination mit Anwendungen, die Wärme nutzen, wie beispielsweise Fernwärme, rentabel sein. Diese Erkenntnis stellt die Behauptungen über die angebliche Skalierbarkeit von CLGS-Systemen für die Stromerzeugung in Frage und legt nahe, dass sie mit größerer Vorsicht bewertet werden sollten, so die wissenschaftliche Einrichtung.
Quelle: Agenturen
