Forschungsprojekt: Umweltverträgliche Nutzung von Wärmespeichern im Grundwasser

Unterirdische thermische Energiespeicher (UTES), auch geothermische Wärmespeicher (GTS) genannt, sind ein wichtiger Baustein in der Transformation der Wärmeversorgung und Kühlung basierend auf fossilen Energieträgern hin zu klimaneutralen Energien. Diese Speicher ermöglichen die saisonale Pufferung von Wärme und Kälte, die Gebäudeklimatisierung und die Nutzung von Überschussstrom (Power-to-Heat) auf Basis erneuerbarer Energieträger und Abwärme. Dabei wird das Grundwasser zwangsläufig thermisch beeinflusst.

Für im natürlichen Zustand befindliches Grundwasser in Lockergesteinen von Deutschland wurde jedoch bislang noch nicht untersucht, bis zu welchen Temperaturschwellen thermische Auswirkungen geringfügig sind. Ziel unserer Studie war, Schwellenwerte abzuleiten, innerhalb derer eine geothermische Bewirtschaftung dieses Grundwassers verträglich für seine Beschaffenheit und das Ökosystem ist. 

Die thermischen Auswirkungen dieser Speicher-Systeme wurden mithilfe numerischer Simulationen sowie umfassender Literaturauswertungen untersucht. Dabei wurden die Einflüsse von Temperaturänderungen auf hydro- und geochemische Prozesse sowie die Grundwasserökologie analysiert. Insbesondere in sauerstoffreichen (oxischen) Süßwasser-Aquiferen im Lockergestein zeigt sich eine hohe Temperaturempfindlichkeit der Grundwasserfauna. Diese erfordert engere Temperaturschwellen, um die Ökosystemleistungen und die ökologische Funktion des Grundwassers zu schützen. In sauerstoffarmen (anoxischen) Aquiferen sind weniger restriktive Temperaturgrenzen möglich, da sich das Mikrobiom flexibler an Temperatur- und Beschaffenheitsänderungen anpassen kann.

Unsere Studie schlägt ein differenziertes fünfstufiges Prüfschema vor, um thermische Auswirkungen von unterirdischen thermischen Energiespeichern zu bewerten. Es werden thermische Schwellenwerte definiert, innerhalb derer eine geothermische Bewirtschaftung des Grundwassers als nachhaltig und umweltverträglich gilt. Diese Schwellenwerte sollen in Zukunft Fachleuten aus Geologie, Hydrogeologie, Grundwasserökologie, Geothermie und Behörden die Planung und Bewertung von UTES-Anlagen erleichtern.

Auf diese Weise soll sichergestellt werden, dass durch die Nutzung geothermischer Speicher keine nachteiligen Umweltauswirkungen auf das Grundwasser und seine Ökosysteme entstehen. Gleichzeitig sollen die definierten Kriterien und Schwellenwerte gewährleisten, dass mehrere geothermische Anlagen in einem Gebiet konfliktfrei nebeneinander betrieben werden können. Dadurch wird eine nachhaltige, effiziente und harmonische Nutzung der Ressource Grundwasser als thermischer Speicher ermöglicht.

Weitere Informationen finden Sie unter:

• oberflächennahe Geothermie
• Aquiferspeicher (ATES)
• Erdwärmesonden (BTES)