Geothermie: Effiziente Energie aus Erdwärme dank Mikro-Bohrturbine

Im Zuge der Energiewende sind alternative Energiequellen hoch im Kurs. Die gebräuchlichsten sind Wind- und Solarenergie. Aber auch Geothermie ist eine Alternative. Ein Team der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie (Fraunhofer IEG) hat einen kleinen Mikro-Bohrer erfunden, der die Nutzung von Geothermie effizienter gestalten soll.

Nebenbohrungen machen Geothermie effizienter

Für die Nutzung von Erdwärme wird unter anderem Wasser mit einer Temperatur von mehreren hundert Grad aus Reservoiren, Klüften und Rissen an die Oberfläche gepumpt, wo dann mit Hilfe von Dampfturbinen Strom erzeugt wird oder das Wasser in Wärmepumpensystemen zum Einsatz kommt. Anschließend kann es wieder in die Erdkruste zurückgeleitet werden. In dem Zusammenhang sind Bohrungen nötig, die oft mehrere tausend Meter tief reichen. Diese sind nicht immer erfolgreich – es besteht ein etwa 30-prozentiges Risiko, bei einer Bohrung nichts zu finden.

Ein Team rund im Niklas Geißler von der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie (Fraunhofer IEG) hat nun eine Bohrtechnik entwickelt, mit dem das Risiko fehlgehender Bohrungen minimiert werden kann. Die Technik, die dabei zum Einsatz kommt, heißt „Micro Turbine Drilling“ (MTD). Dabei wird die Hauptbohrung durch kleine Nebenbohrungen in einem Umkreis von etwa 50 Metern ergänzt, sodass auch benachbarte Wasserreservoire angezapft werden. So sollen Geothermie-Bohrungen effizienter werden. „ Bohrungen, die mehrere Kilometer in die Erdkruste vordringen, kosten mehrere Millionen Euro. Die mit dem MTD herstellbaren Zweigbohrungen vergrößern das Einzugsgebiet für das Heißwasser. Das Fündigkeitsrisiko sinkt deutlich„, so Geißler.

Zehn Zentimeter langer Bohrer

Bei der MTD-Technik kommt eine Mikro-Bohrturbine mit einer Meißel aus Wolframcarbid mit eingearbeiteten Diamantkörnern. Die Turbine ist lediglich zehn Zentimeter lang und hat einen Durchmesser von 3,6 Zentimetern. Angetrieben wird sie von 100 bar Wasserdruck, der zu einer Rotation von 80.000 Umdrehungen pro Minute führt. „In der Stunde schaffen wir zwei bis drei Meter. Das Wasser, das die Mikroturbine antreibt, dient zugleich als Kühlung, damit der Bohrer nicht heiß läuft, und auch als Spülung, um den Bohrstaub abzutransportieren„, erläutert Geißler.

Der kleine Bohrer kann nicht nur hartes Gestein durchdringen, sondern auch Stahl. Dies ist wichtig, da dass Loch der Hauptbohrung in der Regel mit Stahl verkleidet wird und die MDF-Bohrungen erst später durchgeführt werden. Außerdem haben die Forscher einen speziellen Ablenkschuh entwickelt, der den Bohrer mit einem Winkel von 45 Grad aus dem Hauptbohrloch herausführt.

Andere Anwendungsgebiete denkbar

Die ForscherInnen arbeiten auch weiter an der Technik. So soll etwa ein akustisches System zur Bohrüberwachung entwickelt werden. Die Geräusche des Nebenbohrers sollen über das Stahlrohr der Hauptbohrung nach oben geleitet und dort analysiert werden. Im Rahmen der Analyse lässt sich etwa die Gesteinsart ermitteln, die von dem Meißel gerade bearbeitet wird. Auch Parameter wie die richtige Geschwindigkeit oder Störungen wie Leerlauf oder Feststecken des Bohrers können so ermittelt werden.

Die Technologie hat auch weitere Anwendungsgebiete als nur Geothermie-Bohrungen. „Generell kann das MTD in jeder Tiefbohrung eingesetzt werden, wo es darauf ankommt, die Umgebung einer Bohrung mit möglicherweise heterogenen Gesteinsarten zu erkunden. Hierzu zählt auch die Öl- oder Gasindustrie. Im Bereich Geotechnologien oder Tunnelbau können mit dieser Mikro-Bohrtechnologie beispielsweise auch Ankerbohrungen an schlecht zugänglichen Stellen gesetzt werden, an denen der Einsatz konventioneller Geräte aus Platzgründen nicht möglich ist„, so Geißler.

via Fraunhofer Gesellschaft