Ökologie und Risiken

Vor dem Einsatz jeder Technologie sind mögliche positive und negative Wirkungen auf die Umwelt zu ermitteln und abzuwägen. Die Beteiligten müssen sich darüber verständigen, welche Risiken (Auswirkung x Eintrittswahrscheinlichkeit) in welchem Umfang als akzeptabel gelten. Darauf basierend sind geeignete Maßnahmen zu entwickeln, um alle nicht akzeptablen Risiken zu verringern oder ganz auszuschließen und um die positiven Wirkungen für eine zukünftige klimaneutrale Gesellschaft zu nutzen. Bei geothermischen Anlagen stehen als mögliche negative Auswirkungen oft induzierte Seismizität und Grundwasserverschmutzung im Vordergrund. Aber auch andere Einwirkungen auf die Umwelt sind zu berücksichtigen, um Menschen und Natur zu schützen.

Vor- und Nachteile Ökologische Aspekte tiefer Geothermie

Für die meisten der genannten Herausforderungen lässt sich das Risiko über technische Lösungen zumindest minimieren. So können mineralische Ablagerungen in Teilen der Anlage über sogenannte Inhibitoren Hemmstoffe, die eine Ausfällung von Mineralien durch Temperatur und Druckänderungen in der Anlage oder im Untergrund verhindern. Ihr Einsatz ist im Betriebsplan geregelt. verhindert werden. Kohlenwasserstoffe und Gase können abgetrennt und wieder in die Schichten zurückgeführt werden.

Induzierte Seismizität

Grundsätzlich zählt der Oberrheingraben zu den natürlicherweise seismisch aktiven Zonen Deutschlands. Dies liegt an der geologischen Situation. Menschliche Aktivitäten im Bergbau oder beim Verpressen von Fluiden in den tiefen Untergrund können zu anthropogenen seismischen Ereignissen führen. Ausgelöst wird diese sogenannte induzierte Seismizität durch Verformungen oder Verzerrungen im Untergrund, wenn das Gestein spröde auf die entsprechenden Prozesse reagiert. Von der Magnitude kann auf die Größe der Bruchfläche im Untergrund geschlossen werden. Maximale Magnituden, die bisher im Oberrheingraben auf das Verpressen von Wasser in Geothermieprojekten zurückzuführen waren, liegen bei 2,1 in Insheim, 2,7 in Landau, 2,9 in Soultz und 3,4 in Basel. Dies entspricht Bruchflächen in der Größenordnung von ca. 100 x 100 m2 bis 500 x 500 m2, wobei der Nukleus der Deformation in 3000 bis 5000 m Tiefe lag. Während des Bohrvorgangs wurden im Oberrheingraben bisher keine spürbaren seismischen Ereignisse registriert. Geothermische Anlagen, in denen das Thermalwasser im Betrieb bei moderaten Fließraten bis zu 25 Litern pro Sekunde zirkuliert, erzeugen seit teilweise mehr als 30 Jahren keine induzierte Seismizität. Beispiele dafür sind Riehen in der Schweiz und Bruchsal in Baden-Württemberg.

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Das mögliche Risiko induzierter seismischer Aktivität ist bereits bei der Planung eines Geothermieprojekts sorgfältig abzuschätzen und zu vermeiden. Darüber hinaus ist eine seismische Überwachung (Monitoring) während des Baus und des Betriebs einer Anlage die Regel. Zu diesem Zweck werden Seismometer in der näheren Umgebung der Bohrungen installiert. Die Konzeption neuer tiefengeothermischer Anlagen im Oberrheingraben kann auf langjährige Erfahrungen mit regional vergleichbaren Projekten zurückzugreifen. Im Projekt Soultz-sous-Forêts in Frankreich wurden Zusammenhänge zwischen der Menge beziehungsweise des Drucks des zurückgeführten abgekühlten Thermalwassers und der seismischen Aktivität festgestellt. Über mehrere Jahre wurden daher die Reinjektionsdrücke so angepasst, dass heute keine spürbare induzierte Seismizität mehr zu verzeichnen ist.

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Verunreinigung des Grundwassers

Bei der Bohrung und beim Betrieb der Anlage ist daher zu gewährleisten, dass das Thermalwasser nicht in die Grundwasserleiter mit Trinkwasserqualität eintritt. Eine entsprechende Konstruktion des Bohrplatzes ermöglicht, anfallende Flüssigkeiten aufzufangen, zu kontrollieren, zu behandeln und entsprechend zu entsorgen, sodass es nicht zu einer Beeinträchtigung des oberflächlich vorkommenden Sickerwassers kommt. Beim Durchbohren der entsprechenden Grundwasserleiter kann Frischwasser als Bohrspülung dienen oder – mit einem entsprechenden Bohrgerät – sogar im Lufthebeverfahren ohne eine spezielle Bohrspülung gebohrt werden. In beiden Fällen wird anschließend sofort ein entsprechendes Standrohr aus Stahl einzementiert. Damit wird eine Beeinträchtigung der oberflächennahen Grundwasserstockwerke und der Sickerwässer durch die nachfolgenden Bohrarbeiten wirksam verhindert.

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Während des weiteren Bohrvorgangs wird von der Oberfläche mindestens ein weiteres inneres Stahlrohr einzementiert; so entsteht eine mindestens vierfache Barriere. In der Folge werden in Tiefbohrungen sukzessive weitere Verrohrungen mit einem kleineren Durchmesser eingebaut und einzementiert. Mit diesem Einbau und der Zementation von weiteren Verrohrungen werden die aufgrund ihrer Mineralisation in der Regel nicht genutzten tieferen Grundwasserleiter ebenfalls geschützt. Schon während des Abteufens der Bohrung werden die Grundwasserleiter auf diese Weise wirksam voneinander getrennt. So ist sichergestellt, dass es zu keiner vertikalen Verbindung zwischen den Grundwasserstockwerken kommt. Die Qualität der Einbauten und der Zementation der Verrohrungen wird überprüft. Im Fall einer nicht ausreichenden Abdichtung lässt sich der geforderte Grundwasserschutz durch nachträgliche Sanierungsmaßnahmen erreichen, beispielsweise durch Nachzementationen. Dies sind Standardmethoden, die jederzeit eingesetzt werden können und sollen, falls es erforderlich wird.

Zur Überwachung des Grundwasserschutzes dient ein Grundwasser-Monitoring: Ein Netz aus oberflächennahen Grundwassermessstellen ermöglicht durch eine Beobachtung des Wasserstandes, der elektrischen Leitfähigkeit und der Temperatur in regelmäßigen und zeitlich kurzen Abständen, Veränderungen ins Grundwasser frühzeitig zu erkennen. So können die Betreiber schnell reagieren.

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