Tiefe geothermische Reservoire besitzen in Deutschland und weltweit ein immenses energetisches Potential, das bisher nicht annähernd ausgeschöpft wird. Eine Schlüsselrolle für die effiziente Nutzung zur Wärmeversorgung oder Stromerzeugung dieser meist unkonventionellen geothermischen Systeme (EGS - Enhanced/Engineered Geothermal Systems) nimmt die Entwicklung umweltgerechter Technologien zur Reservoir-Entwicklung ein.
Enorme Fortschritte wurden in den letzten Jahren bei der technologischen EGS-Entwicklung erzielt: Die Umsetzbarkeit des EGS-Konzepts wurde gezeigt und die Produktivität der Kraftwerke bei gleichzeitiger Verringerung der spürbaren induzierten Seismizität erhöht. Fortschritte in der Korrosionsforschung und bei der Verhinderung von Scalings (Mineralausfällungen) wurden erreicht. Allerdings waren die wissenschaftlichen und technologischen Ansätze meist fallbezogen und praxisorientiert; eine systematische Untersuchung der im Reservoir ablaufenden komplexen Prozesse war meist nicht möglich. Dadurch bleiben Defizite besonders in Bezug auf Reservoirentwicklung, wirtschaftliche Zirkulationsraten des Thermalwassers sowie Qualitätssicherung bestehen und verhindern einen Durchbruch der EGS-Technologie und ihre Marktreife zur großindustriellen Umsetzung.
Aufgabe der Forschung ist es, die wissenschaftliche Basis für die nötige Technologieentwicklung durch fundiertes Prozessverständnis zu legen und die Grundlage für die gesellschaftliche Akzeptierbarkeit der EGS-Technologie durch umweltgerechte Konzepte darzulegen.
Das GeoLaB Untertagelabor ist als weltweit einzigartige Forschungsinfrastruktur(-Plattform) mit einem großmaßstäblichen Untertage-Reservoirsimulator konzipiert. Die Plattform besitzt ein weltweites Alleinstellungsmerkmal als generisches geothermisches Untertagelabor für Geothermie. Über einen etwa 1-2 km langen Zugangsstollen werden einzelne Kavernen in der Nähe von Störungszonen erschlossen, in denen kontrollierte Hochfluss-Experimente (CHFE) in ca. 400 m Tiefe vorgenommen werden. Die Experimente werden durch Messungen in fächerförmigen Bohrungen kontinuierlich überwacht. Damit wird ein weltweit einzigartiger 4D-Benchmark-Datensatz thermischer, hydraulischer, chemischer und mechanischer Parameter geschaffen. Mit den geplanten Experimenten sind bei hohen Fließraten erstmalig experimentelle Bestimmungen und der Nachweis in 3D von Hydrodynamik (z.B. Navier-Stokes Gesetze) und Hydromechanik (z.B. Triggerung und Ausbreitung von Mikroseismizität) im geklüfteten kristallinen Grundgebirge möglich. So können auch erstmalig dynamische und gekoppelte Prozesse wie z.B. Variabilität des Spannungsfeldes in Raum und Zeit und THMC Prozesse experimentell erfasst werden. Mit dem Nachweis von Skalenunabhängigkeit groß-skaliger Transportprozesse verändert GeoLaB somit grundlegend unser Verständnis der geothermisch maßgeblichen Prozesse und birgt ein hohes Innovationspotenzial in der Schaffung von Umweltstandards und Sicherheitsforschung sowie der Erarbeitung eines Kommunikationsstandards für Geothermie. Der Einsatz und die Entwicklung modernster Beobachtungs- und Auswertemethoden führen zu Erkenntnissen, die für eine sichere und ökologisch nachhaltige Nutzung der Geothermie und des unterirdischen Raumes von großer Bedeutung sind.
GeoLaB ermöglicht Spitzenforschung für Reservoirtechnologie und Bohrlochsicherheit.
• Steigerung der Wirtschaftlichkeit von EGS durch ein einzigartiges Geothermie-Untertagelabor für Grundlagenforschung.
• Reduktion der induzierten Seismizität durch kontrollierte in situ Hochfluss-Experimente (CHFE) in einem Reservoir-Simulator.
• Verringerung des Fündigkeitsrisikos durch Benchmarking für zukünftige Geothermieprojekte.
• Soziale Akzeptanz von Geothermieprojekten durch Methoden- und Technologieentwicklung für Effizienz, Sicherheit und Umweltschutz.
Spitzenforschung und die Einbindung von Industrieunternehmen bilden dabei nicht nur ein fruchtbares Klima für Innovationen, sondern bieten auch einmalige Rahmenbedingungen für die Lehre zur Ausbildung der nächsten Generation von Experten. Neutrale, objektive und transparente Spitzenforschung soll zudem einen Beitrag dazu leisten, das Vertrauen der Gesellschaft in die Geothermie als eine grundlastfähige und flexible erneuerbare Energiequelle mit hohem Potential wiederzugewinnen.
