Wärmestrom aus dem Erdinneren

Der Einsatz regenerativer Energien ist heute nicht nur schick – er ist auch eine zentrale Säule der Energiewende. Hier setzen wir in Deutschland vor allem auf Wind und Sonne als wichtigste erneuerbare Energieträger. Viel unbekannter ist dagegen die Geothermie, obwohl sie schon seit über 100 Jahren erfolgreich genutzt wird und – anders als Wind- und Solarenergie – eine immerzu verfügbare Quelle darstellt. Wird tief in die Erdkruste gebohrt, dann steigt die Temperatur pro 100 m um etwa drei Grad an – und das rund um die Uhr und überall auf der Welt.

Doch die Herstellung der „kostenlosen“ Wärmeleitung aus dem Erdinneren kann aufwendig und teuer werden, besonders wenn kilometertiefe Bohrungen auf dem Wunschzettel der Auftraggeber stehen. Denn trifft das mechanische Bohrwerkzeug auf hartes Gestein, dann kann sich der komplette Prozess enorm verlangsamen, während die Bohrköpfe  einem hohen Verschleiß ausgesetzt werden. Dadurch steigt das Risiko, dass die Tiefengeothermie in ein wirtschaftliches Fiasko mündet. Eine Gefahr, die Investoren von der tatsächlichen Umsetzung solcher Projekte abhält.

Um die Kosten potenziell ertragreicher Bohrungen in tiefen Schichten der Erdkruste zu senken, wird gerade an einer neuen Lösung geforscht. Gemeinsam mit weiteren Partnern entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen im Rahmen des Projekts „LaserJetDrilling“ ein Verfahren, bei dem die Vortriebsraten der Bohrkrone gesteigert werden sollen. Für den Turbo bei der Bohrung soll ein Hochleistungslaser sorgen, der das konventionelle Werkzeug im Zuge der Arbeiten durch zusätzliche Energie ergänzt. Diese wird anhand eines Wasserstrahls auf das Gestein geführt, was zu einer Schwächung des harten Materials führt. Der Verschleiß des Bohrers sinkt bei gleichzeitig schnellerem Bohrfortschritt.

Einen Prüfstand mit einem Laser und einem Schneidwerkzeug haben die Aachener Forscher bereits aufgebaut. In Laborversuchen konnte der bis zu 30 kW starke Laser Hartgesteine wie Sandstein, Granit und Quarzit so weit schädigen, dass ihre Festigkeiten um bis zu 80 % heruntergesetzt werden konnte. Auch erste kleine Probebohrungen mit der Kombination aus Bohrer und Laser haben ebenfalls funktioniert, sodass die grundlegende Machbarkeit dieser Methode  bereits geklärt werden konnte.

Es bleibt zu hoffen, dass das neue Bohrverfahren nach der Entwicklungsphase einen Platz in der Baupraxis einnehmen und dazu beitragen kann, die Kosten tiefer Geothermiebohrungen entscheidend zu senken. Dann stünde einer wirtschaftlichen Nutzung dieser Energiequelle nichts mehr im Weg. In der Folge könnte die Erdwärme einen wichtigen Teil der Grundlast im Energiemix Deutschlands übernehmen.

Autor: Paul Deder

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