In NRW sind Karbonate in Tiefen mit für eine geothermische Wärmenutzung ausreichenden Temperaturen großflächig vorhanden. Diesen widmet sich das Projekt KarboEx.
Im Gegensatz zur Bayrischen Molasse sind die Karbonate in NRW noch nicht ausreichend exploriert. Exploration ist grundsätzlich eine kostenintensive Aufgabe, insbesondere wenn es um größere Flächen geht. Das vorgeschlagene Projekt fußt demensprechend zunächst ausschließlich auf der Aufbereitung vorhandener Daten mit dieser neuen Zielrichtung. Dies sind etwa 1.000 km 2D Seismik, 29 3D-seismische Messungen und 1.300 Tiefbohrungen aus der Steinkohleexploration und Erkenntnissen aus dem Steinkohleabbau (bergmännisches Risswerk). Weitere vorhandene Daten z.B. aus Analogaufschlüssen werden berücksichtigt.
Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens können (bei verglichen mit den üblichen Kosten einer Neuexploration vergleichsweise kleinem Aufwand) geothermische Potentiale der Karbonate des Karbon und Devon in NRW abschätzen und weitere Explorationstätigkeit steuern. Letztliches Ziel ist die Schaffung von Voraussetzungen zur Errichtung einer größeren Zahl von Heizzentralen an geeigneten Standorten (Quartierslösungen) und der Ersatz fossiler Wärmequellen wie Kohle- oder Gas-KWK durch eine erneuerbare Wärmequelle.
| Programm/Zuschussgeber | Leitmarkt NRW/ EFRE |
| Akronym | KarboEx |
| Titel | Karbonatexploration NRW – Erschließung einer Wärmequelle für den karbonfreien Wärmemarkt |
| Zuwendungsnummer | EFRE-0801782 |
| Durchführungszeitraum | 01.11.2019-31.10.2023 |
| Zuwendungsbetrag | 1.367.000 € |
Prof. Dr. Horst Rüter
Dipl. Heiko Endrich
Schürbankstrasse 20A
44287 Dortmund
rueter@harbourdom.de
Institut für Markscheidewesen Bergschadenkunde und Geophysik im Bergbau (IFM)
Univ.-Prof. Dr. Ing. Axel Preuße
Malte J. M. Gurgel, M. Sc.
Wüllnerstr. 2
52062 Aachen
gurgel@ifm.rwth-aachen.de
Geologisches Institut Aachen (GIA)
Leonard Kaiser, M. Sc.
Templergraben 55
52062 Aachen
Leonard.kaiser@geol.rwth-aachen.de
Dr. Dirk Orlowsky
Civil & Mining Engineering
Am TUEV 1
D-45307 Essen
Prof. Dr. Tobias Backers
Am Bahnwinkel 10b
45896 Gelsenkirchen
tobias.backers@geomecon.de
Die organisatorische Aufteilung der Projektarbeit wird (mit Ausnahme des AP1 1) in 4 konsekutiven Arbeitspaketen geplant. Die vorgesehenen Arbeitspakete sind:
Im Projekt KarboEx werden Kenntnisse verschiedener Geowissenschaften sowie Wissen über die Exploration und Planung geothermischer Anlagen zusammengeführt. Aus diesem Grund bedarf es einer fundierten wissenschaftlichen Koordination. Diese schließt auch Elemente der Verwertung und des Transfers der Ergebnisse sowie der Übertragbarkeit auf Dritte insbesondere in der Ge-othermiebranche ein.
Dem Projekt KarboEx liegen im Wesentlichen die Daten der seismischen Exploration des Stein-kohlegebirges im Nordteil des Ruhrgebiets zugrunde. Hinzu kommen Informationen aus Tiefboh-rungen, aus dem Risswerk und ev. aus Oberflächenaufschlüssen. Die seismischen Daten wurden zu verschiedenen Zeiten über einen längeren Zeitraum und dementsprechend auch mit verschiedenen Messgeräten gewonnen. Die Daten liegen auf ver-schiedenen, durchwegs nicht nachhaltigen Datenträgern, wo sie hardwaremäßig und software-mäßig gelesen werden müssen. In diesem AP wird versucht, ausgewählt, möglichst viele Daten zu lesen um sie dann in moder-nen Formaten nachhaltig erneut zu speichern. Die Daten stehen nach Projektende auch Dritten zur Verfügung. Das Arbeitspaket gliedert sich in: Suche – Zusammenstellung - Sichtung der vorhandenen Seis-mikdaten, Umschreiben der Daten, Auswahl der heranzuziehenden Tiefbohrungen, Bereitstel-lung von Daten aus dem Risswerk und sonstigen Unterlagen.
In der seismischen Exploration ist das Processing ein zentraler Bestandteil. Es wandelt die bei der Akquisition aufgezeichneten Bodenschwingungen in einen (im Falle der 3D-Seismik) dreidi-mensionalen Datenblock, der ein lagerichtiges Abbild der geologischen Struktur des Untergrun-des ist. Aus diesem dreidimensionalen Datenblock lassen sich nicht nur beliebige vertikale und horizontale Schnitte extrahieren, sondern moderne Visualisierungstechniken erlauben ein vir-tuelles ‚Herumwandern‘ in diesem Raum mit dem Ziel der Interpretation. Das Arbeitspaket gliedert sich in: Pre-stack-Processing (Zeit, Tiefe), Post-stack Processing/ Image-verfahren, Seismische Attribute, Korrelation der Ergebnisse der Neubearbeitung der seismischen Daten mit Erkenntnissen aus dem Risswerk und anderen Unterlagen.
Klassisch beginnt eine geologische Interpretation mit der Horizontkartierung, an die sich dann weitere Interpretationsschritte anschließen. Durch eine 3D Visualisierung aller Daten lassen sich die Strukturen (Stratigraphie, Tektonik) darstellen und integriert interpretieren. Da bei der Nutzung von Karbonaten diese durch Bohrungen erschlossen werden müssen, hat sich die geologische Interpretation neben dem Zielhorizont auch mit allen Hangendschichten dieser Formationen zu beschäftigen. Hier müssen geeignete Bohrpfade, die durch diese Schich-ten hindurchführen, definiert werden, wobei eine gute Kenntnislage die Bohrrisiken generell mindert. Die geologische Neuinterpretation konzentriert sich auf die Flächen, für die eine erste Sichtung sicherstellt, dass mit dem Vorhandensein der zu bearbeitenden Karbonate zu rechnen ist. Das Arbeitspaket gliedert sich in: Stratigraphie, Tektonik, Faziesanalyse, Spannungsfeld, Geologi-sche Auswertung geeigneter seismischer Attribute, 3D Visualisierungen.
Die Potenzialabschätzungen einer Geothermielagerstätte beginnen heute meist mit der Ab-schätzung des aktuellen Wärmeinhalts (heat in place, commodity in place, stored heat). Hierzu müssen neben dem Volumen des Reservoirs auch deren Temperatur und die Wärmekapazität des Gesteins bekannt sein oder abgeschätzt werden können. Es wird dann oft angenommen, dass nur ein Teil dieses Wärmeinhalts gewonnen werden kann (recovery factor). Für eine nachhaltige Nutzung ist es oft sinnvoller, eine ‚Bewirtschaftung‘ oder Bilanzierung des Reservoirs mit Wär-mezufluss und Wärmeextraktion (stock model) während der gesamten Produktionszeit anzu-nehmen. Hier sind dann weitere Parameter wie Wärmeleitfähigkeit aber auch Parameter die die Konvektion bestimmen notwendig. Hierzu sind numerische Modellierungen (Monte-Carol Modellierung) üblich. Das Arbeitspaket gliedert sich in: Wärmeinhalt der Karbonatschichten, Bewirtschaftungsmodell des Reservoirs (stock model), numerische Simulationen, Explorationsempfehlungen.