[ziesell]

Energie: Fervo Energy kommerzialisiert Fracking für Geothermie

Statt nur aus geothermalen Quellen soll thermische Energie direkt aus heißem Gestein gewonnen werden, und das erstmals nicht nur zu Forschungszwecken.



Die Firma Fervo Energy hat in den USA die erste künstliche geothermale Quelle im sogenannten Hot-Dry-Rock-Verfahren erschlossen. Die Bohrung wurde erstmals von einem Unternehmen zur Vorbereitung auf künftige kommerzielle Bohrungen für Geothermieprojekte durchgeführt und nicht nur als Forschungsprojekt. Die Technik, die aus den Frackingverfahren zur Öl- und Gasförderung in den USA heraus entwickelt wurde, soll den Bau von Geothermieanlagen im größten Teil des Westens der USA ermöglichen.

Geothermie, das Bohren nach heißem Wasser im Boden, ist bisher eine Nischenlösung zur Energieversorgung mit besonders günstig gelegenen Ressourcen, oft in vulkanisch aktiven Gebieten. Kommerzielle Geothermiekraftwerke wurden bislang dort errichtet, wo heiße Grundwasservorkommen in porösem Gestein angebohrt und gefördert werden können. Aber die meisten Vorkommen von heißem Untergrund bieten keine so günstigen Voraussetzungen, dort müssen in dem Gestein erst Risse erzeugt werden, um es für Wasser durchlässig zu machen.

Dieses sogenannte Hot-Dry-Rock-Verfahren wurde bereits mehrfach zu Forschungszwecken demonstriert. An einigen dieser Bohrungen, wie etwa in Soultz-sous-Forêts nahe der deutsch-französischen Grenze, wurden anschließend auch Geothermiekraftwerke gebaut. Aber ein wirtschaftliches Bohrverfahren fehlte bislang. Das will Fervo nun demonstriert haben.

Erdbeben sind schwach, aber unvermeidlich

Dafür bohrte die Firma zwei parallele Bohrlöcher bis in rund 2.300 m Tiefe, die dann horizontal noch rund einen Kilometer weitergeführt wurden. Beim Fracking wird dieses Verfahren genutzt, um größere Teile von Gasvorkommen mit weniger Bohrlöchern zugänglich zu machen, was Kosten spart und auch umweltfreundlicher ist. In künftigen Bohrlöchern will Fervo etwa doppelt so weit bohren, um mehr heißes Wasser pro Bohrloch fördern zu können.

Der Standort der Bohrung von Fervo befindet sich in einer dünn besiedelten Gegend beim Blue Mountain in Nevada. Dennoch wurde bei der Bohrung und im Betrieb darauf geachtet, wie stark die erzeugten Erschütterungen waren, nachdem kleinere Erdbeben bei einer Bohrung in Basel, die allerdings in einer seismisch aktiven Zone stattfand, zu Kontroversen um die Technik führten. Das stärkste gemessene Beben bei der Bohrung in Nevada hatte die Stärke 1,8 und war nur mit Messinstrumenten wahrnehmbar.

Eine gewisse Menge an Erdbebenaktivität ist bei dem Verfahren unvermeidbar, weil nach den ersten Bohrungen mit hohem Druck Risse im Gestein erzeugt werden müssen, um ein künstliches Grundwasserreservoir zu schaffen, das wie ein Wärmetauscher funktioniert. In ein Bohrloch wird dann kaltes Wasser gepumpt, das durch das heiße Gestein fließt und mit hoher Temperatur durch das zweite Bohrloch wieder hinaufgepumpt wird.

Das heiße Gestein übernimmt damit die Funktion des Kohlekessels in einem Kraftwerk. Die erreichbare Leistung ist aber deutlich niedriger, und wie lange sich die Produktion aufrechterhalten lässt, muss auch noch geklärt werden.

160 Grad heißes Wasser für 2 MW Strom

Das Gestein beim Blue Mountain ist in 2300 m Tiefe bis zu 191 Grad Celsius heiß, 184 Grad im Durchschnitt. Bei Tests wurden durchschnittlich rund 40 Liter Wasser pro Sekunde mit 160 Grad Celsius gefördert, was eine Stromproduktion von rund 2 MW mit einer Pumpleistung von 0,5 MW ermöglicht hätte. Die Spitzenwerte von 63 Litern pro Sekunde und 3,5 MW sind wenig repräsentativ. Die angenommene Umgebungstemperatur von 8 Grad Celsius wird auch nicht ganzjährig zur Verfügung stehen.

Diese Zahlen sind vergleichbar mit der französischen Bohrung in Soultz-sous-Forêts. Diese ist mit 5.000 m allerdings rund doppelt so tief und liefert bei der gleichen Temperatur 30 Liter pro Sekunde. Die niedrigere Bohrtiefe ist ein großer Standortvorteil und vergleichbare Bedingungen finden sich in großen Teilen der westlichen USA. Dabei ist Fervo nicht auf vorhandene Klüfte und Störungen im Gestein angewiesen, die bei der Bohrung in Frankreich ausgenutzt wurden.

Nachhaltigkeit ist noch nicht gesichert

Unklar bleibt aber, ob die Bohrung beim Blue Mountain ähnlich wie die in Frankreich eine über Jahrzehnte andauernde Geothermieproduktion ermöglicht oder die Temperatur des geförderten Wassers schon nach wenigen Jahren absinken würde. Den Messungen nach zu urteilen ist das zugänglich gemachte Volumen an heißem Gestein etwa 1 km lang und breit und rund 300 m mächtig.

Das entspricht einer Größenordung von einer halben Milliarde Tonnen heißem Gestein mit einem Wärmeenergiegehalt von 140 GWh bei einer Abkühlung um 1 Grad Celsius, was etwa einem Jahr Betrieb entspricht. Genaue Aussagen sind aber nur durch detaillierte Simulationen möglich, da die Abkühlung des Gesteins nicht gleichmäßig erfolgt und solche Abschätzungen kurzfristig übertrieben pessimistische Ergebnisse liefern. Fervo hat solche Simulationen aber bislang noch nicht geliefert.

Mehr Erfahrung soll den Erfolg bringen

Das Ziel der Firma ist es, das Bohrverfahren weiter zu standardisieren und zu beschleunigen, um die Kosten zu senken, wie es auch schon bei der Gasförderung geschah. Wie dort sollen Bohrlöcher länger werden und mehr Bohrlöcher in verschiedene Richtungen von einem Standort aus gebohrt werden, um den Aufwand und Flächenverbrauch der Anlagen zu minimieren. Vor allem soll mehr Erfahrung gesammelt werden. So wurde etwa schon beim zweiten Bohrloch die Bohrdauer von 72 auf 59 Tage verringert.

Die Bohrverfahren sind im Vergleich zur Gasförderung ähnlich, allerdings stellt die Geothermie größere Anforderungen an die Technik. Gasvorkommen befinden sich in weicherem Sedimentgestein und es wird bei Temperaturen bis 175 Grad gebohrt. Für geothermische Vorkommen liegt diese Temperatur an der unteren Grenze zur wirtschaftlichen Stromerzeugung und der Untergrund besteht oft aus deutlich härterem magmatischen Gestein.

Noch tiefere Bohrungen mit höheren Temperaturen könnten die Effizienz der Stromerzeugung und damit die Wirtschaftlichkeit der Geothermie noch deutlich verbessern. Deshalb sammelte Fervo 2022 zur weiteren Entwicklung der Technik 138 Millionen US-Dollar Kapital ein. Eine Erfolgsgarantie ist das nicht. Aber die Demonstration der Technik zeigt, dass sich schon jetzt kommerzielle Kraftwerke auch außerhalb der bekannten natürlichen Geothermiefelder lohnen könnten.

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