Geologie und Boden: Geologie

Geologische Strukturräume mit nachgewiesenem und vermutetem tiefengeothermischen Potenzial in Hessen

Die Erschließung tief liegender Erdwärme ist mit Ausnahme tiefer Erdwärmesonden eine direkte Nutzung ohne Wärmepumpen, d .h. hier wird bei der sogenannten hydrothermalen Nutzung in großen Tiefen natürlich vorhandenes Thermalwasser oder bei petrothermalen Systemen (Hot Dry Rock –HDR-, auch als Enhanced Geothermal Systems, EGS, bezeichnet) künstlich eingebrachtes, aufgeheiztes Wasser an die Erdoberfläche gepumpt und dient sowohl der Stromerzeugung als auch der direkten Beheizung von Gebäuden (Fernwärme).



Nutzungsarten der tiefen Geothermie
Abb. 1 Nutzungsarten der tiefen Geothermie

In weiten Teilen Hessens beträgt die durchschnittliche Untergrundtemperatur in 1000  m Tiefe 40 - 50  °C, während in der gleichen Tiefe im hessischen Teil des Oberrheingrabens (hessisches Ried) Temperaturen bis zu 90 °C vorherrschen. In 3000 m Tiefe stehen durchschnittlichen Temperaturen von 110 bis 130 °C im Normalfall 150 °C und darüber im Oberrheingraben gegenüber. Der Oberrheingraben ist somit die einzige geologische Struktur in Hessen, in der nach jetzigem Wissensstand wegen eines erhöhten geothermischen Gradienten eine Nutzung der hydrothermalen Geothermie für die geothermische Stromerzeugung wirtschaftlich aussichtsreich ist, da hier die erforderlichen Temperaturen von mindestens 100 °C bereits ab ca. 2000  m Tiefe erreichbar sind (siehe Karte). Wichtig für die hydrothermale geothermische Nutzung ist jedoch nicht nur die Temperatur, sondern auch die natürliche Gebirgsdurchlässigkeit, damit eine möglichst hohe Förderrate ohne starke Absenkung des Wasserspiegels realisiert werden kann. Im Oberrheingraben sind relativ gute Durchlässigkeiten der in Tiefen ab 2000 m als Zielhorizont in Betracht kommenden Sedimente und Vulkanite des Rotliegend zu erwarten, so dass das Oberrheingebiet das höchste tiefengeothermische Potenzial in Hessen besitzt. Zudem ist hier die Datenlage durch zahlreiche Tiefbohrungen und Ergebnisse seismischer Untersuchungen aus der Erdöl-/Erdgaserschließung recht gut.

Aber auch im übrigen Hessen ist eine tiefengeothermische Nutzung nicht ausgeschlossen. In Bereichen tektonischer Störungen können Thermalwässer in tief reichenden Zirkuationssystemen konvektiv aus der Tiefe aufsteigen und so zusätzlich zur reinen Wärmeleitung des Gesteins (Konduktion) höhere Untergrundtemperaturen als in ungestörten Gebieten bewirken. Die Karte zeigt, dass die Thermalwasservorkommen entlang des Taunus z. B. an die Taunussüdrandstörung und ihre Querstörungen gebunden sind.

Im Bereich der Niederhessischen Senke gibt es trotz sehr spärlicher Daten Anhaltspunkte für Thermalwasseraufstiege, so beispielsweise in Bad Salzhausen. Auch hier können tief reichende, teilweise junge aktive Störungssysteme ähnlich wie im Oberrheingraben Aufstiegswege für Thermalwässer bilden.

Die Regionen von Vogelsberg und Westerwald-Dillmulde können theoretisch ebenfalls ein erhöhtes Potenzial aufweisen. Tertiärer Vulkanismus, CO2-Aufstiege und die Vergitterung von Störungssystemen sind Anhaltspunkte hierfür. Allerdings ist hier die Datenlage noch schlechter als in der Niederhessischen Senke.

Schließlich kommt für tiefe Bereiche mit kristallinen Gesteinen (Granite, Gneise), die primär nur sehr wenig wasserwegsam sind, in weiterer Zukunft auch das die bis jetzt noch nicht großtechnisch etablierte HDR (Hot Dry Rock)-Verfahren in Betracht. Bei entsprechenden Bohrtiefen (ab ca. 4.500 m) können künstliche Rissysteme im Gestein durch mit hohem Druck eingepresstes Wasser ("fracing") erzeugt werden und ein tiefengeothermisches Reservoir schaffen.

In dem durch das HMUELV beauftragten Forschungs- und Entwicklungsprojekt „3-D-Modell der geothermischen Tiefenpotenziale in Hessen“ wird vom Institut für angewandte Geowissenschaften IAG der TU Darmstadt und dem HLUG gemeinsam einer detailliertere Potenzialabschätzung vorgenommen. Ein geologisches 3-D-Strukturmodell als Grundlage stellt die Oberflächen der für die Tiefengeothermie relevanten geologischen Einheiten dar. Umfangreiche neue Daten, vor allem von geothermischen Parametern wie Permeabilitäten, Porositäten und Wärmeleitfähigkeiten der Zielhorizonte wurden durch Messungen an Bohrkernen aus dem Bohrarchiv des HLUG sowie an Proben aus Obertageaufschlüssen gewonnen. Sie werden in das 3-D-Strukturmodell integriert, so dass über eine Bewertungsmatrix eine Abschätzung des tiefengeothermischen Potenzials für Hessen möglich wird.

3-D-Modell
Abb. 2 Blick Richtung Norden auf Modellschichten des geologischen 3-D-Modells (dreifach überhöht): gelb - Quartär bis Tertiär, violett - Muschelkalk, orange - Buntsandstein, helltürkis -Zechstein, weinrot - Rotliegend, braun - Prä-Perm, grau - Störungen; zur Orientierung ist die Landesgrenze in rot eingetragen (Stand: 26.01.2011).

 




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