Kurzfassung

Um die nationalen Klimaschutzziele der Bundesregierung gemäß dem Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG 2024) zu erreichen, müssen auch im Wärmesektor innovative, effiziente, verlässliche und ökonomische Technologien eingesetzt und gestärkt werden. Die oberflächennahe und mitteltiefe Geothermie ist hierbei eine Schlüsseltechnologie, da sie multifunktional einsetzbar und weitgehend unabhängig von saisonalen Klimaveränderungen ist.

Die derzeit gängige Praxis beim Verfüllen von EWS-Bauwerken mit hydraulisch erhärtenden Suspensionen bei oberflächennahen Geothermiesystemen wird auch in der mitteltiefen Geothermie angewandt. Diese Verfüllpraxis wird den speziellen Anforderungen von engständigen Sedimenten sowie klüftigem und verkarstendem Gestein nicht gerecht. Dadurch kann es innerhalb der Suspensionssäule der EWS zur Sedimentation, Filtration und/oder auch zur Penetration kommen. Die Verfüllbaustoffe müssen nicht nur die EWS-Rohre mechanisch stabilisieren und die hydraulische Abdichtung des EWS-Bauwerks sicherstellen, sondern auch die Wärmeübertragung zwischen den EWS-Rohren und dem umgebenden Erdreich sicherstellen. Insbesondere Filtrationsprozesse und die Penetration von Verfüllmaterialien aus dem Bohrloch heraus in das umgebende Gestein führen zu Verlusten an Suspension und zur Entstehung von Lunkern, die die Leistungsfähigkeit und Sicherheit der EWS-Anlagen beeinträchtigen können.

Dieses Vorhaben befasst sich mit den wesentlichen Ursachen für Suspensionsverluste (Filtration und Penetration) und untersucht gleichzeitig kostengünstige und praxistaugliche Lösungen, die zur Beherrschung der Problematik führen. Durch die Bereitstellung alternativer Verfüllkonzepte und neuer, optimierter Verfüllbaustoffe soll eine Qualitäts- und Effizienzsteigerung erreicht werden, die zu einer höheren Akzeptanz bei potenziellen Nutzern und Genehmigungsbehörden und gleichzeitig zu geringeren Gestehungskosten führen.

Das Hauptziel des AGW ist die quantitative Erfassung der Penetration von hydraulisch erhärtenden Verfüllbaustoffen in den Untergrund, um anhand von Materialkennwerten des Untergrunds und der Verfüllbaustoffe für Standorte mit komplexen geologischen Verhältnissen Verfüllkonzepte entwickeln zu können. Mit den gewonnenen Ergebnissen kann eine Qualitäts- und Effizienzsteigerung oberflächennaher Geothermiesysteme erzielt werden sowie Standorte, die zurzeit aufgrund behördlicher Einschränkungen nicht bzw. nur bedingt für oberflächennahe Geothermieanwendungen zur Verfügung stehen für diese Anwendungsfälle zugänglich gemacht werden.

Technikumsversuch zum Anbindeverhalten von Ton an EWS-Sondenrohre als alternativer Verfüllbaustoff