Die Energiewende ist ein zentrales Thema in der heutigen Zeit, insbesondere im Hinblick auf die Umstellung der Wärmeversorgung in Deutschland. In Nordrhein-Westfalen (NRW) gibt es vielversprechende Ansätze, die Geothermie als nachhaltige Wärmequelle zu nutzen. Die Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien (IEG) hat kürzlich durch neue Bohrkernanalysen in Iserlohn interessante Erkenntnisse über die geologischen Bedingungen der Region gewonnen, die das Potenzial für die tiefengeothermische Nutzung unterstreichen.
Die Herausforderung für Energieversorger besteht darin, ihre Wärmenetze zukunftssicher zu gestalten, insbesondere vor dem Hintergrund des Kohleausstiegs. Geothermische Energie könnte hier eine Schlüsselrolle spielen, vorausgesetzt, dass das Wissen über die geologischen Gegebenheiten des Untergrunds erweitert wird. In diesem Kontext hat das Fraunhofer IEG herausgefunden, dass die verkarsteten Kalkgesteinsschichten aus dem Devon-Zeitalter in NRW eine bedeutende Energiequelle darstellen können.
Die Forscher haben sich im Rahmen des Reallabors Geothermie Rheinland mit den Eigenschaften der Gesteine beschäftigt, insbesondere mit deren Porosität, Durchlässigkeit und Struktur. Manfred Heinelt, Studienleiter am Fraunhofer IEG, erklärt, dass die verkarsteten Gesteine in Tiefen von zwei bis drei Kilometern ein echtes Reservoir für die Wärmewende darstellen können. Über Millionen von Jahren hat Tiefenwasser das Gestein aufgelöst und Spalten sowie Hohlräume gebildet, wodurch die Durchlässigkeit für Wasser erhöht wurde. Diese natürlichen Reservoirs ermöglichen es, heißes Wasser mit geringem Aufwand zu fördern, was in anderen Städten wie München, Paris und in den Niederlanden bereits erfolgreich praktiziert wird.
Die Untersuchung hat gezeigt, dass die Gesteine im Raum Iserlohn über deutlich höhere Durchfluss- und Wärmeinhalte verfügen als zuvor angenommen. Diese Erkenntnisse sind besonders wertvoll, da NRW über ein relevantes Reservoir an Tiefenwärme verfügt, das bisher kaum genutzt wurde. Die Forschungsergebnisse bestätigen, dass die Auswirkungen der Verkarstung die entscheidenden Eigenschaften der Erdschichten beeinflussen. Während unveränderte Kalkgesteine kaum Wasser führen, weisen die verkarsteten Einheiten effektive Porositäten von bis zu 14 Prozent und hohe Durchlässigkeiten auf, was die wirtschaftliche Nutzung der Geothermie wesentlich erleichtert.
Um diese Erkenntnisse zu gewinnen, hat das Fraunhofer IEG fortschrittliche Methoden eingesetzt, um Dichte, Wärmeleitfähigkeit und akustische Eigenschaften der Proben zu bestimmen. Zudem wurden aufwendige Durchlässigkeitsexperimente unter den Druck- und Temperaturbedingungen durchgeführt, wie sie in Tiefen von 2.000 bis 3.000 Metern herrschen. Ein Computertomograph wurde ebenfalls verwendet, um die inneren Hohlräume der Gesteine detailliert zu visualisieren. Die gesammelten Daten flossen in ein Computermodell ein, das das geothermische Wärmeangebot bis zu einer Tiefe von 3.000 Metern abschätzte.
Besonders erwähnenswert sind die Devonkalke, die sich vor etwa 400 Millionen Jahren abgelagert haben. Diese Gesteine sind in NRW nördlich der Linie Aachen-Düsseldorf-Arnsberg in relevanten Tiefen verbreitet. Die Studie belegt, dass die Kalkgesteine in Iserlohn ausreichend rissig und porös sind, um Tiefenwasser zu speichern und zu transportieren. Dies sind grundlegende Voraussetzungen für eine geothermische Nutzung über Tiefenbrunnen.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass im Untergrund von Iserlohn theoretisch über 87 Tera-Joule an Wärme gespeichert sind, was dem jährlichen Wärmebedarf von etwa 1.500 Haushalten entspricht. Die höheren Werte konnten insbesondere in Bereichen festgestellt werden, in denen die Devon-Kalkgesteine eine größere Mächtigkeit und höhere Temperaturen aufweisen. Somit scheint die Region ein relevantes geothermisches Reservoir zu besitzen.
Die Studie liefert nicht nur wertvolle Erkenntnisse über die geologische Komplexität des Untergrunds, sondern schafft auch einen methodischen Rahmen zur Charakterisierung komplexer Kalksteinsysteme in NRW. Dies ermöglicht eine präzisere Einschätzung des geothermischen Potenzials und unterstützt kommunale Wärmeplaner bei der Identifizierung potenzieller Erschließungsgebiete.
Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit der Ruhr-Universität Bochum und der Technischen Hochschule Georg Agricola durchgeführt und unter dem Titel „Geothermal potential of karstified Devonian carbonates in NW Germany“
