Erforschung der Tiefengeothermie unter realen Bedingungen

Bereits der Ausbau eines stillgelegten Stollens im Gotthardmassiv zu einem Untergrundlabor hat zahlreiche wichtige Erkenntnisse geliefert, was es braucht, damit man Tiefengeothermie sicher nutzen kann. Als im Bedretto-Untergrundlabor dann die ersten Experimente starteten, war das Interesse von in- und ausländischen Forschungsgruppen so gross, dass es zu einem «Stau» kam. Um die Kapazitäten zu vergrössern, wird nun dank der erneuten Unterstützung der Werner Siemens-Stiftung hinter dem ersten Bedretto-Untergrundlabor im Jahr 2022 ein zweites gebaut.

In der Theorie ist die Energiegewinnung mittels Tiefengeothermie relativ simpel: Zunächst werden zwei Löcher weit in die Erdkruste hineingebohrt. Dort ist das Gestein heiss – in fünf Kilometern Tiefe beispielsweise herrscht eine Temperatur von etwa 150 bis 200 Grad Celsius. Dann wird Wasser ins erste Loch gepumpt. Dieses sucht sich durch feine Risse einen Weg durchs Gestein, bis es zum zweiten Loch gelangt. Da es sich unterwegs stark erhitzt, tritt es dort als Dampf aus. Der Dampf steigt durchs zweite Bohrloch auf und treibt eine Turbine an, die Strom produziert. Doch Gesteinsarten wie Granit sind von Natur aus zu wenig durchlässig. Bei Granit muss nachgeholfen werden, indem hoher Druck Risse im Gestein hervorruft. Das muss sehr vorsichtig geschehen. Sonst besteht die Gefahr, dass wie vor 15 Jahren in Basel starke Erdbeben ausgelöst werden.

Im Bedretto-Untergrundlabor sucht man nach Wegen, wie die feinen Risse im Granit am besten produziert werden. Bereits haben die Forschenden ein geeignetes Verfahren erfolgreich getestet: die Multi-Etappen-Stimulation, bei der die Risse zeitlich gestaffelt und abschnittweise in der Tiefe provoziert werden. Das entsprechende Projekt heisst «Destress» und wurde 2021 abgeschlossen. «Das ist ein grosser Durchbruch für die geothermische Nutzung», sagt Geophysiker Marian Hertrich von der ETH Zürich, der Manager des Bedretto-Untergrundlabors.

Als alternative Methode prüfen die Forschenden um Projektinitiator und -leiter Domenico Giardini die Energiespeicherung in Wärmereservoirs. Die Idee: Statt in 5000 m Tiefe zu bohren und direkt Strom zu produzieren, könnte im energiereichen Sommer Wasser bis zu einer mittleren Tiefe von 1500 m gepumpt werden, wo es sich erwärmt. Im Winter kann die Energie aus dem Wärmereservoir dann genutzt werden. Das Prinzip der Wärmespeicherung hat zwei grosse Vorteile gegenüber der Tiefengeothermie: Die Gefahr von gefährlichen Erdbeben ist in geringerer Tiefe um ein Vielfaches kleiner, und es entstehen weniger Kosten – wegen der günstigeren Infrastruktur, aber auch, weil die Energie, die für das Pumpen des Wassers ins Gestein benötigt wird, im Sommer praktisch kostenlos zu haben ist.