Das Thema gibt einen Überblick über die Eignung von Gebieten für die Wärmegewinnung mittels hydrothermaler Geothermie. Unterschieden werden Gebiete mit günstigen und möglicherweise weniger günstigen (meist zusätzlicher Wärmepumpeneinsatz erforderlich) geologischen Verhältnissen. Nach heutigem Kenntnisstand liegt das größte Potenzial für eine hydrothermale Wärmegewinnung im Malm des süddeutschen Molassebeckens. Die Nutzungsgebiete basieren auf einem Verschnitt von Temperaturkarten verschiedener Tiefenstufen mit der Tiefenlage der Purbeck- bzw. Malmoberfläche (Grenzkriterien 40 bzw. 70°C). Die Geometrien der Nutzungsgebiete sind generalisiert und für den Betrachtungsmaßstab 1:250.000 konzipiert. Der Datensatz stellt eine Grundlage für großräumige Betrachtungen dar und ersetzt nicht die Durchführung von Detailuntersuchungen.
Das Thema gibt einen Überblick über die Eignung von Gebieten für die Stromerzeugung mittels hydrothermaler Geothermie. Dargestellt werden Gebiete mit günstigen geologischen Verhältnissen. Nach heutigem Kenntnisstand liegt das größte Potenzial für eine hydrothermale Stromerzeugung im Malm des süddeutschen Molassebeckens. Die Bewertung basiert auf einem Verschnitt von Temperaturkarten verschiedener Tiefenstufen mit der Tiefenlage der Purbeck- bzw. Malmoberfläche (Grenzkriterium 100°C). Zusätzlich wurde die mögliche Durchlässigkeitsverteilung im Malm berücksichtigt. Die Geometrien der Nutzungsgebiete sind generalisiert und für den Betrachtungsmaßstab 1:250.000 konzipiert. Der Datensatz stellt eine Grundlage für großräumige Betrachtungen dar und ersetzt nicht die Durchführung von Detailuntersuchungen.
Der Datensatz zeigt die Ergebnisse, die im Rahmen einer Vorstudie (siehe fachliche Grundlage) für den Kreis Wesel in Bezug auf die tiefe hydrothermale Geothermie (> 1000 m), ermittelt wurden. Es erfolgte eine Klassifizierung der Gebiete in verschiedene "Flags" – was als vereinfachtes Ampelsystem dient, den Grad der Eignung für eine geothermische Nutzung widerspiegelt und als erste Orientierung für weitere Planungs- und Umsetzungsschritte dienen soll. Grüne Flaggen (Green Flags): Diese Gebiete weisen das höchste Potenzial für die Realisierung von Geothermieprojekten auf. Sie zeichnen sich durch sehr günstige Voraussetzungen hinsichtlich der Deckungsrate (bis zu 150%) und der Reservoir-Tiefe (bis zu 3800 m) aus. Diese Kombination stellt sicher, dass der Wärmebedarf nicht nur gedeckt, sondern auch ein Puffer für zukünftiges Wachstum oder Schwankungen vorhanden ist, während die Bohrkosten im wirtschaftlich attraktiven Bereich bleiben. Gelbe Flaggen (Yellow Flags): Gebiete mit gelben Flaggen bieten grundsätzlich ein gutes Potenzial hinsichtlich der Deckungsrate (bis zu 150%), sind jedoch durch eine tiefe Lage des Reservoirs (tiefer als 3800 m) gekennzeichnet. Obwohl der Wärmebedarf gedeckt werden könnte, sind die zu erwartenden erheblich höheren Bohrkosten ein wesentlicher Faktor, der die Wirtschaftlichkeit negativ beeinflusst. Orangefarbene Flaggen (Orange Flags): Diese Gebiete sind dadurch gekennzeichnet, dass ihre Deckungsrate als zu hoch (höher als 150%) eingestuft wird, obwohl das Reservoir in einer geeigneten Tiefe (bis zu 3800 m) liegt. Eine zu hohe Deckungsrate kann darauf hindeuten, dass das prognostizierte geothermische Potenzial den lokalen Wärmebedarf weit übersteigt, wodurch die wirtschaftliche Auslastung einer Anlage als unwahrscheinlich anzusehen ist. Die genaue Wirtschaftlichkeit müsste hier individuell und detailliert analysiert werden, da viele Variablen wie das verfügbare Kapital, das Potenzial für weitere Abnehmer oder die Möglichkeit, mehrere Gebiete zusammen zu versorgen, eine Rolle spielen. Rote Flaggen (Red Flags): Gebiete mit roten Flaggen werden als aktuell ungeeignet für die tiefen-geothermische Nutzung eingestuft. Dies ist der Fall, wenn sowohl die Deckungsrate als zu hoch (höher als 150%) als auch das Reservoir als zu tief (tiefer als 3800 m) bewertet werden. Diese Kombination von mangelnder Wirtschaftlichkeit aufgrund eines Überangebots bei gleichzeitig hohen Erschließungskosten macht eine sinnvolle geothermische Nutzung unter den aktuellen Rahmenbedingungen unwahrscheinlich.
Die "Übersichtskarte Explorationsrelevanter Gesteine für hydrothermale Geothermie in Niedersachsen 1:500.000" fasst Darstellungen aus verschiedenen hinsichtlich Inhalt und Genauigkeit ursprünglich heterogenen Quellen zur Verbreitung von Gesteinen in Niedersachsen zusammen, die vom LBEG als explorationsrelevant für hydrothermale Geothermie bewertet werden. Sie basiert auf der Auswertung von externen Studien sowie Arbeiten des LBEG. Als explorationsrelevant werden hier regional zusammenhängende geologische Einheiten mit spezifischen Eigenschaften bezeichnet, in denen gebietsweise hydrothermale Potenziale vermutet werden, die jedoch standortbezogen im Einzelfall nachzuweisen sind. Die vorliegende Karte ersetzt weder lokale geologische Betrachtungen noch Machbarkeitsanalysen oder Potenzialstudien. Sie liefert einen Überblick im überregionalen Maßstab. Lokal sind Abweichungen zu erwarten. Bei den dargestellten vermuteten Ressourcen wird nicht nach dem erwarteten Temperatur- oder Leistungsniveau der gewinnbaren Wärme oder nach deren praktischer Nutzbarkeit differenziert. Die Auswahl der dargestellten Gesteinseinheiten entspricht dem aktuellen Kenntnisstand und der aktuellen Datenlage. Es ist zu erwarten, dass weitere, hier noch nicht dargestellte Ressourcen existieren.
Die "Übersichtskarte Explorationsrelevanter Gesteine für hydrothermale Geothermie in Niedersachsen 1:500.000" fasst Darstellungen aus verschiedenen hinsichtlich Inhalt und Genauigkeit ursprünglich heterogenen Quellen zur Verbreitung von Gesteinen in Niedersachsen zusammen, die vom LBEG als explorationsrelevant für hydrothermale Geothermie bewertet werden. Sie basiert auf der Auswertung von externen Studien sowie Arbeiten des LBEG. Als explorationsrelevant werden hier regional zusammenhängende geologische Einheiten mit spezifischen Eigenschaften bezeichnet, in denen gebietsweise hydrothermale Potenziale vermutet werden, die jedoch standortbezogen im Einzelfall nachzuweisen sind. Die vorliegende Karte ersetzt weder lokale geologische Betrachtungen noch Machbarkeitsanalysen oder Potenzialstudien. Sie liefert einen Überblick im überregionalen Maßstab. Lokal sind Abweichungen zu erwarten. Bei den dargestellten vermuteten Ressourcen wird nicht nach dem erwarteten Temperatur- oder Leistungsniveau der gewinnbaren Wärme oder nach deren praktischer Nutzbarkeit differenziert. Die Auswahl der dargestellten Gesteinseinheiten entspricht dem aktuellen Kenntnisstand und der aktuellen Datenlage. Es ist zu erwarten, dass weitere, hier noch nicht dargestellte Ressourcen existieren.
Die Karte "Hydrothermale Nutzhorizonte des tieferen Untergrund von Schleswig-Holstein" enthält Datensätze zur Verbreitung von untersuchungswürdiger Sandstein-Horizonte des Dogger, Buntsandstein und Rhät zur Hydrothermalen Nutzung im tieferen Untergund von Schleswig-Holstein sowie Zusatzinformationen zur Qualität der Datengrundlagen. Sandsteinhorizonte von ausreichender Verbreitung und Mächtigkeit bieten ein großes Potenzial zur hydrothermalen Nutzung. Sowohl die Mächtigkeiten als auch die Porositäten bzw. Permeabilitäten stellen wichtige Kriterien für die Beurteilung der Nutzhorizonte dar. Durch die komplexe geologische Entwicklung in Schleswig-Holstein in Hinblick auf die verschiedenen Ablagerungsbedingungen und diagenetischen Prozesse, die auf die Ablagerungen eingewirkt haben, sind daher nur Teilräume für die hydrothermale Nutzung von Bedeutung. Basierend auf dem anhand von Bohrungen ableitbarem Trend der Porositätsabnahme mit zunehmender Tiefe berücksichtigt diese Darstellung nur die Sandsteinhorizonte von mind. 20 m Mächtigkeit bis zu einer Tiefe von 2500 m unter Gelände. Darunter ist das Risiko Horizonte mit unzureichenden Porositäten und Permeabilitäten anzutreffen deutlich größer. Die Sandstein-Horizongte liegen in verschiedenen Tiefenlagen und können sich in der Karte überlagern. Bereiche in dem die Datenbasis zum tieferen Untergund in Schleswig Holstein besonders gering ist, sind durch eine Punktsignatur kenntlich gemacht. Informationen zu Eigenschaften von tiefen Sandsteinhorizonten, die potentielle hydrothermale Nutzhorizonte darstellen, konnten hier nur aus wenigen z.T. weit von einander entfernt liegenden Bohrungen abgeleitet werden und sind entsprechend unsicher.
Mit der Unterzeichnung des UNEP Minamata Vertrages in 2013 haben Regierungen weltweit die Gefahr und Toxizität von Quecksilber (Hg) anerkannt und Maßnahmen zur Kontrolle und Reduzierung von Hg festgelegt. Obwohl Quecksilber in der Umweltforschung schon seit Jahrzehnten ein wichtiges Thema ist, gibt es noch offene Fragen zu den grundlegendsten Prozessen im globalen Hg Kreislauf und auch bezüglich der Transformation von Hg Spezies. Der Anteil von Hg aus hydrothermalen Quellen könnte einer der bedeutsamsten, natürlichen Beiträge zum globalen Hg Kreislauf sein, jedoch unterscheiden sich die Schätzungen um mehrere Größenordnungen von 20 bis 2000 t pro Jahr. Es gibt, wenngleich widersprüchliche, Daten über Hg Konzentrationen in hydrothermalen Quellen in der Tiefsee, wogegen hydrothermale Quellen in flacher, küstennaher Umgebung bisher jedoch ignoriert wurden. Gerade diese haben jedoch einen großen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung der biologisch wichtigen Küstengewässer. Hydrothermale Quellen setzen nicht nur giftige Verbindungen frei, wie z.B. Schwefelwasserstoff und Arsenverbindungen, sondern liefern auch Nährstoffe wie Eisen und Kohlenstoffverbindungen und sind dadurch eine ökologische Nische für Organismen. Obwohl einige Studien diese hydrothermalen Systeme im Flachwasser als eine mögliche Quelle für Hg thematisierten waren die Ergebnisse nicht zufriedenstellend. Ein Grund könnte die herausfordernde Matrix der hydrothermalen Lösungen sein, sowie eine unzureichende Datenlage um Aussagen über den Gesamteintrag von Hg zu treffen. Noch wichtiger als die Gesamtmenge des Hg Eintrages ist die Verteilung der individuellen Hg-Spezies. Eine fundamentale Transformation ist die Methylierung von Quecksilber (MeHg) und die daraus resultierende Verstärkung der Toxizität. MeHg bioakkumuliert und biomagnifiziert sich innerhalb der marinen Nahrungskette und damit auch letztlich im Menschen. Die Methylierung von Quecksilber ist ein ozeanweites Phänomen. Die niedrigen Konzentrationen von Hg im offenen Gewässer machen das genaue Erforschen dieser biologisch-chemischen Reaktion jedoch schwierig. Hier können hydrothermale Quellen im Flachwasser als natürliche Laboratorien genutzt werden um die Umwandlungsraten von Hg-Spezies und deren Abhängigkeit von Umwelt Faktoren zu bestimmen. Dementsprechend schlagen wir vor, die Speziierung und den Eintrag von Hg für Flachwasser-Hydrothermalsysteme zu bestimmen, um damit bessere Schätzungen für den globalen Quecksilber Kreislauf zu bekommen. Die geplante Arbeit besteht aus 4 Teilen: (1) Probenahme an ausgewählten Standorten, (2) Vollständige Charakterisierung der freigesetzten Hg-Spezies (anorganisches Hg, MeHg und elementares Hg), (3) Bestimmung der Methylierungsrate und (4) eine Schätzung der mengenmäßigen Freisetzung von totalem und methyliertem Hg.
Für die Medizinische Hochschule Hannover hat das GeothermieZentrum Bochum gemeinsam mit der GeoDienste GmbH (Garbsen) im Zeitraum von August 2007 bis März 2008 eine Vorstudie zur Einbindung der Geothermie in das Energiekonzept des Klinikums erstellt. Im Anschluss an diese Vorstudie wurde eine Wirtschaftlichkeitsanalyse erstellt, welche die petrothermale und hydrothermale Versorgung betrachtete. Vorstudie: Die Medizinische Hochschule Hannover (MHH) wird derzeit von den Stadtwerken Hannover mit den Medien Gas, Strom und Fernwärme zur Erzeugung ihrer dreigliedrigen Energieversorgung, bestehend aus Dampf, Raumwärme und Klimakälte, versorgt. Aufgrund der hydrogeologischen Situation am Standort der MHH in Hannover wird eine Einbindung der Geothermie sowohl in den Heizkreislauf (direkte Integration über Wärmetauscher) als auch in den Kälteklimakreislauf (modular betriebene Absorptionskältemaschinen) vorgeschlagen. Ziel der Einbindung ist es konventionelle, preislich fluktuierende und primärenergetisch nachteilige Energieträger, wie in erster Linie elektrischen Strom und nachrangig Fernwärme oder Gas, durch den Einsatz der Geothermie vollständig, oder im Rahmen der Leistungsfähigkeit des geothermischen Reservoirs teilweise, zu ersetzen. Wirtschaftlichkeit, CO2-Bilanz und Versorgungssicherheit stehend dabei im Vordergrund. Die Grundlastfähigkeit der Geothermie wird in der vorgeschlagenen Anlagenkonfiguration vollständig ausgenutzt. Im Bereich der Spitzenlastdeckung spielt die Geothermie daher keine Rolle. Die geothermisch unterstützte Dampferzeugung findet im betrachteten Szenario keinen Eingang. Dies liegt in der internen Wärmerückgewinnung im Dampferzeuger durch den Economizer zur Vorwärmung des Speise- und Verbrauchswassers begründet. Da die Geothermie bei der Dampfherstellung nur einen geringen energetischen Beitrag leisten kann und Investitionen für ihre Anbindung an das Dampferzeugersystem entstehen, wird von der Betrachtung dieser Systeme abgesehen. Übersteigt die Bereitstellung von geothermischer Energie im Heiz- oder Kühlfall die Energienachfrage, lassen sich Pufferspeicher integrieren um diese überschüssig Energie effizient zu speichern. Bei Lastspitzen kann die Energie zurückgewonnen werden. Somit erhöht sich der geothermische Anteil an der Gesamtenergiebereitstellung. Wirtschaftlichkeitsanalyse: Hier wurden 9 verschiedene Szenarien untersucht, welche sich aufgrund ihrer Art (petrothermal / hydrothermal), der Bohrtiefe (4500 / 3000 m), ihrer Schüttung (15-50 l/s), Temperatur (115 / 160 Grad C) oder Bereitstellung (Wärme / Strom+Wärme) unterscheiden. Die höheren Investitionskosten für die petrothermalen Systeme werden durch die höhere Energieausbeute (Schüttung und Temperatur) abgefangen und diese somit wirtschaftlicher als die hydrothermalen Systeme, welche sich in der Amortisationsrechnung nur aufgrund der steigenden Energiepreise nach einigen Jahren rechnen.
Die chemische Zusammensetzung hydrothermaler Fluide und Präzipitate hängt von verschiedenen Parametern und Prozessen ab, darunter die Zusammensetzung des Wirtsgesteins, die Druck- und Temperaturbedingungen, die Fluidwege im Untergrund, das Verhältnis von Wasser zu Gestein, die Phasentrennung und Phasensegregation sowie die magmatische Entgasung. Darüber hinaus ist bekannt, dass gelöste organische Moleküle (mikrobiell erzeugt oder Produkte von hydrothermal abgebautem organischem Material) teilweise starke Metallkomplexierungskapazitäten aufweisen, die den Transport und die Löslichkeit von Metallen im Vergleich zur Ausfällung erheblich beeinflussen können. Daher entstehen in Abhängigkeit von diesen Parametern und der Zeit charakteristische Signaturen der hydrothermalen Zusammensetzung. Während für viele bisher entdeckte Hydrothermalfelder die Zusammensetzung der Endbestandteile bestimmt wurde, war es oft schwierig, die Rolle einzelner Prozesse für die chemische Gesamtzusammensetzung der Fluide und der aus ihnen ausfallenden Minerale eindeutig zu bestimmen. Wir schlagen vor, sowohl Felduntersuchungen durchzuführen als auch die Rolle einzelner Parameter experimentell zu bestimmen. Wir werden die Möglichkeit untersuchen, Sr-, Li- und B-Isotopensignaturen von hydrothermalen Fluiden und Präzipitaten als Indikatoren zu verwenden, die durch bestimmte Parameter gesteuert werden. Dies wird uns helfen, die jeweilige Rolle dieser Faktoren in natürlichen Hydrothermalfeldern zu entschlüsseln und die Metallanreicherung in hydrothermalen Lösungen und Mineralisationen als Funktion der Parameter vorherzusagen. Bei der Feldarbeit werden wir uns auf langsam spreizende Rückensysteme konzentrieren, die hydrothermale Systeme beherbergen, die über längere Zeiträume (mindestens Jahrzehnte) in ihrer Aktivität und Zusammensetzung stabil sind. Damit können wir den Faktor Zeit als zusätzliche Variable ausschließen. Wir werden hierfür die Teilnahme an kommenden Fahrten zum nördlichen Mittelatlantischen Rücken und die Zusammenarbeit mit der BGR Hannover und deren Forschungsfahrten zu den deutschen Lizenzgebieten auf dem Indischen Rücken im Rahmen des INDEX-Projekts nutzen. Für die experimentellen Arbeiten werden Autoklaven mit flexiblen Goldbeuteln bei Temperaturen bis 400°C eingesetzt; hier werden die einzelnen Parameter auf ihre Effizienz bei der Metallmobilisierung und -ausfällung und die Isotopensignaturen getestet. Schließlich wird eine thermodynamische Modellierung mit Geochemists Workbench GWB zur Berechnung von Feststoff-Lösungs-Gleichgewichten und Reaktionspfaden angewandt, wobei unsere Feld- und experimentellen Daten als Basisdaten und zur Überprüfung dienen. Wir gehen davon aus, dass die Ergebnisse dieses Projekts es uns ermöglichen werden, die Kontrollfaktoren der hydrothermalen Erzbildung und der Anreicherung spezieller Metalle, die für moderne Technologien von Interesse sind, besser zu verstehen und die Erkundung solcher Lagerstätten anzuleiten.
Selbst in tiefen Sedimentschichten unter z.T. mehreren Kilometern mächtiger Sedimentbedeckung finden sich noch aktive Mikroorganismen. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur im Untergrund an und überschreitet irgendwann die Grenze bis zu welcher Leben möglich ist. Die bisher festgestellte Temperaturobergrenze von Leben auf der Erde wurden an Mikroorganismen von hydrothermalen Systemen, sogenannten Schwarzen Rauchern gemessen und liegt bei ca. 120 Grad C. In Sedimenten hingegen liegt die Grenze deutlich niedriger. Messdaten aus Ölfeldern deuten auf eine Grenze von ca. 80 Grad C hin. Diese Diskrepanz zwischen hydrothermalen und sedimentären Systemen wurde dadurch erklärt, dass die Mikroorganismen in Sedimenten nicht genügend Energie gewinnen können um die bei hohen Temperaturen verstärkt notwendigen Reparaturen ihrer Zellbestandteile wie DNA und Proteinen durchzuführen. Interessanterweise lässt sich metabolische Aktivität bei extrem hohen Temperaturen nur dann nachweisen, wenn die Experimente unter hohem Druck stattfinden. IODP Expedition 370 wurde spezifisch zur Klärung der Frage nach dem Temperaturlimit von Leben in sedimentären Systemen durchgeführt. Im Nankai Graben vor der Küste Japans herrscht ein recht hoher geothermischer Gradient von ca. 100 Grad C/km, d.h. das gesamte Temperaturspektrum in dem Leben möglich ist erstreckt sich über ein Tiefeninterval von etwas mehr als einem Kilometer. Durch modernste Bohr- und Labortechniken war es möglich, Proben von höchster Qualität zu gewinnen, welche garantiert frei von Kontamination sind. Die Expedition hat einen stark interdisziplinären Charakter, so dass eine Vielzahl von biologischen und chemischen Parameter gemessen wurde, welche eine detaillierte Charakterisierung des Sediments erlauben. Das beantragte Projekt ist ein wichtiger Teil der Expedition, da Sulfatreduktion der quantitativ wichtigste anaerobe Prozess für den Abbau von organischem Material im Meeresboden ist. Im Rahmen einer MSc Arbeit wurden bereits erste Messungen durchgeführt. Diese konnten zeigen das Sulfatreduktion über die gesamte Kernlänge messbar ist, wenn auch z.T. mit extrem geringen Raten. Im Rahmen des beantragten Projekts sollen weitere Messungen durchgeführt werden, unter anderem auch unter hohem Druck. Dazu soll ein Hochdruck Temperatur-Gradientenblock gebaut und betrieben werden. Neben Sedimenten von IODP Exp. 370 sollen weitere Experimente mit hydrothermal beeinflusstem Sediment aus dem Guaymas Becken durchgeführt werden. Ein Vergleich zwischen diesen beiden Sedimenten soll weitere Einblicke in einen der wichtigsten biologischen Prozesse im Meeresboden liefern und ein besseres Verständnis über die Grenzen von Leben im allgemeinen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 89 |
| Kommune | 4 |
| Land | 11 |
| Wissenschaft | 35 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 82 |
| Text | 4 |
| unbekannt | 10 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 4 |
| Offen | 91 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 95 |
| Englisch | 27 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 3 |
| Bild | 1 |
| Datei | 7 |
| Dokument | 4 |
| Keine | 34 |
| Webseite | 59 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 86 |
| Lebewesen und Lebensräume | 85 |
| Luft | 27 |
| Mensch und Umwelt | 96 |
| Wasser | 52 |
| Weitere | 90 |