Wärmespeicher im Untergrund tragen zur Energiewende bei

"Damit die Energiewende gelingt, müssen wir uns von fossilen Rohstoffen lösen", sagt Geologe Andreas Dahmke. Er erforscht, wie sich Wärme im Untergrund bis zum Winter speichern lässt, um damit Ballungsräume zu versorgen. Ein Interview mit bmbf.de.

In Hamburg werden Brunnen für einen Aquiferspeicher im Untergrund gebohrt. © Hamburg Wasser

Herr Dahmke, was hat das Grundwasser mit der Energiewende zu tun?

Damit die Energiewende gelingt, müssen wir uns von fossilen Rohstoffen lösen – und Wärme künftig mit Erneuerbaren Energien erzeugen. Für Strom haben wir mit Windkraft in Norddeutschland und Solarenergie in Süddeutschland bereits alternative Lösungen gefunden. Die Frage ist aber, wie man Nordrhein-Westfalen, das bisher mit Abwärme aus den Kohlekraftwerken versorgt wird, weiterhin mit Wärme versorgen kann, wenn die Abwärme wegfällt. Hier kommt das Grundwasser ins Spiel, das wir als saisonalen unterirdischen Wärmespeicher nutzen wollen.

Wie kann man sich das vorstellen?

Der Kieler Geologe Andreas Dahmke erforscht unterirdische Wärmespeicher. © pur.pur

Im Sommer haben wir Wärme im Überfluss, die wir gar nicht verwenden können. Diese könnten wir für den Winter speichern: Uns fehlen dazu nur Wärmespeicher mit sehr großer Speicherkapazität. Der Untergrund, beziehungsweise das Grundwasser, bietet sich als ein solcher Speicher an.

Beeinträchtigt das nicht die Trinkwasserversorgung?

Nein. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass solche saisonalen Wärmespeicher nur einen geringen Anteil am unterirdischen Raum benötigen. Der Großteil des Grundwassers bleibt unangetastet. Wir nutzen nur Grundwasserleiter, die nicht für die Trinkwasserversorgung benötigt werden. Im Sommer erhitzen wir diese mit Sonnenenergie und speichern die Wärme bis zum Winter.

Wie genau funktioniert das?

Wir entnehmen zuerst aus einem Brunnen Grundwasser, um es oberirdisch mit Sonnenenergie oder durch andere Wärmequellen – wie überschüssige Prozesswärme bei industriellen Anlagen – aufzuheizen. Über einen weiteren Brunnen, der in einer gewissen Distanz zum Entnahmebrunnen liegt, wird das erwärmte Wasser wieder in den Grundwasserleiter zurückgeführt. Um die Wärme später zu entnehmen, kehrt man lediglich die Fließrichtung um. Dieses Verfahren ist bereits lang erprobt.

Was ist dann neu an Ihrem Vorgehen?

Neu ist im Wesentlichen die Temperatur von bis zu 80°C. Diese bietet für die effiziente Nutzung von Wärmepumpen bei der Wärmeversorgung von Ballungsräumen große Vorteile. Wir wollen im Forschungsprojekt TestUM-Aquifer untersuchen, wie sich Wärme auf das Grundwasser und auf das erhitzte Gestein auswirkt.

Im Untergrund gibt es auch Gase: Sie wollen untersuchen, wie sich diese im Untergrund bewegen. Warum ist das für die Wärmespeicherung von Bedeutung?

In warmem Wasser kann nicht so viel Gas gelöst werden wie in kaltem. Wenn das Grundwasser mit Gasen wie zum Beispiel Kohlendioxid oder Methan gesättigt ist und man das Wasser erwärmt, perlt das Gas aus – das kennen wir von Mineralwasserflaschen. Speichern wir Wärme im Grundwasser, setzen wir folglich auch Gas frei. Auf einem Testfeld in der Nähe von Wittstock in Brandenburg möchten wir erforschen, ob wir vorhersagen können, wie sich das Gas im Untergrund bewegt und welche Auswirkungen gerade im Hinblick auf die unterirdische Wärmespeicherung damit gegebenenfalls verbunden sind. Das ist wichtig, um Gefahren für die Umwelt auszuschließen.

Welche Gefahren könnten der Umwelt drohen?

Ökologen befürchten, dass die Nutzung des Grundwassers dem Ökosystem schaden könnte. Allerdings lehnen sie Wärmespeicher im Untergrund nicht ab, sondern fordern klar definierte Schwellenwerte für die Genehmigung. Obwohl die Zeit bei der Umsetzung der Energiewende gerade auf dem Wärmemarkt drängt, gilt hier Gründlichkeit vor Eile. Wir nehmen bei unserer Forschung alle Bedenken sehr ernst: Negative Auswirkungen auf die Umwelt zu vermeiden, hat für uns oberste Priorität.

Herr Dahmke, wir bedanken uns für das Gespräch und wünschen Ihnen ein erkenntnisreiches Forschungsprojekt.

Die Grafik zeigt verschiedene Möglichkeiten der Wärmespeicherung im Untergrund. © AG Bauer

Hintergrund

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert seit Juli 2017 insgesamt elf Verbundprojekte zum Thema »Nutzung unterirdischer Geosysteme«. Im Projekt TestUM-Aquifer untersuchen Wissenschaftler, wie sich Gas und Wärme auf das Grundwasser auswirken. Der Kieler Geologe Andreas Dahmke ist der Projektkoordinator.