{"id":79372,"date":"2022-02-14T09:30:56","date_gmt":"2022-02-14T08:30:56","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=79372"},"modified":"2022-02-14T09:32:37","modified_gmt":"2022-02-14T08:32:37","slug":"mikro-bohrturbine-verbessert-effizienz-der-geothermie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/energie\/mikro-bohrturbine-verbessert-effizienz-der-geothermie\/","title":{"rendered":"Mikro-Bohrturbine verbessert Effizienz der Geothermie"},"content":{"rendered":"\n

Fraunhofer-Wissenschaftler haben ein innovatives Werkzeug entwickelt, das zus\u00e4tzliche Zweigbohrungen von der Hauptbohrung aus erm\u00f6glicht. Das senkt das Risiko von Fehlbohrungen und verbessert die F\u00f6rderleistung.<\/p>\n\n\n\n

Als saubere und vor allem grundlastf\u00e4hige Energiequelle wird Geothermie immer wichtiger. Doch die teilweise mehrere tausend Meter tiefen Bohrungen sind riskant und k\u00f6nnen manchmal auch fehlgehen.<\/p>\n\n\n\n

Erdw\u00e4rme ist eine unersch\u00f6pfliche Energiequelle. Tief in der ca. 30 Kilometer dicken Erdkruste findet sich hei\u00dfes Wasser in Reservoiren, Kl\u00fcften oder Rissen. Bereits in 5000 Meter Tiefe hat das Wasser bis zu 200 \u00b0C. In Geothermie-Anwendungen wird es \u00fcber eine F\u00f6rderbohrung nach oben gepumpt. Dann kann es beispielsweise Dampfturbinen zur Stromerzeugung antreiben oder \u00fcber W\u00e4rmepumpensysteme f\u00fcr Geb\u00e4udeheizungen genutzt werden. Das abgek\u00fchlte Wasser flie\u00dft \u00fcber eine zweite Bohrung, die Injektionsbohrung, zur\u00fcck ins Erdinnere und wird im hei\u00dfen Gestein aufs Neue erhitzt. Es entsteht ein geschlossener Kreislauf. Diese erneuerbare Energiequelle kann einen wichtigen Beitrag im Kampf gegen den Klimawandel leisten.<\/p>\n\n\n\n

Doch die mehrere Tausend Meter tief reichenden Bohrungen sind aufwendig und gleichzeitig riskant. Das Risiko danebenzuliegen und nichts zu finden \u2013 Fachleute sprechen vom F\u00fcndigkeitsrisiko \u2013 liegt bei etwa 30 Prozent. Das wollen die Expertinnen und Experten der Fraunhofer-Einrichtung f\u00fcr Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG in Bochum \u00e4ndern. Die Idee: Ein Minibohrer perforiert das Umfeld der Bohrung in einem Umkreis von etwa 50 Metern. Dabei st\u00f6\u00dft er in benachbarte Risse und Kl\u00fcfte vor und erschlie\u00dft diese f\u00fcr die Hei\u00dfwassergewinnung. Das Wasser flie\u00dft in die F\u00f6rderbohrung und kann nach oben gepumpt werden.<\/p>\n\n\n\n

Zweitbohrung erkundet das Umfeld<\/h5>\n\n\n\n

Entwickelt wurde die Technologie Micro Turbine Drilling (MTD) von Niklas Gei\u00dfler, der am Fraunhofer IEG in Bochum und am Fraunhofer-Chalmers Research Center for Industrial Mathematics FCC in Schweden forscht. \u00bbBohrungen, die mehrere Kilometer in die Erdkruste vordringen, kosten mehrere Millionen Euro. Die mit dem MTD herstellbaren Zweigbohrungen vergr\u00f6\u00dfern das Einzugsgebiet f\u00fcr das Hei\u00dfwasser, und das F\u00fcndigkeitsrisiko sinkt deutlich\u00ab, erkl\u00e4rt Gei\u00dfler.<\/p>\n\n\n\n

Herzst\u00fcck von Micro Turbine Drilling (MTD)<\/a> ist eine kompakte Mikro-Bohrturbine, die mit einem speziellen Bohrmei\u00dfel ausgestattet ist. Mit Abmessungen von gerade einmal 3,6 Zentimetern im Durchmesser und 10 Zentimetern in der L\u00e4nge ist das Ger\u00e4t extrem klein. Die Mikro-Bohrturbine ist an einem hochdrucktauglichen Schlauch befestigt, \u00fcber den sie mit bis zu 200 Liter Wasser pro Minute bei etwa 100 bar Eingangsdruck angetrieben wird, um den Mei\u00dfel in Rotation zu versetzen. Dieser besteht aus einer Wolframcarbid-Matrix mit eingearbeiteten Diamantk\u00f6rnern und schleift sich mit bis zu 80\u00a0000 Umdrehungen pro Minute in das Gestein. Dabei ist er besonders f\u00fcr sehr hartes, kristallines Gestein wie Granit geeignet. Er ist aber auch in der Lage, Stahl zu durchbohren. Das ist wichtig, da die Bohrungen f\u00fcr bessere Stabilit\u00e4t h\u00e4ufig mit einer Stahlverrohrung ausgekleidet sind. Ohne das Bohrwerkzeug zu tauschen, kann mit dem MTD in einem Schritt zuerst die Stahlverrohrung und dann das Gestein bearbeitet werden. \u00bbIn der Stunde schaffen wir zwei bis drei Meter. Das Wasser, das die Mikroturbine antreibt, dient zugleich als K\u00fchlung, damit der Bohrer nicht hei\u00df l\u00e4uft, und auch als Sp\u00fclung, um den Bohrstaub abzutransportieren\u00ab, erkl\u00e4rt Gei\u00dfler. \u00c4hnliche Verfahren gab es in der Vergangenheit bereits. Doch das ebenfalls druckwasserbasierte Radial Jet Drilling (RJD) beispielsweise funktioniert nur in weichem Gestein. F\u00fcr die Geothermie ist es damit ungeeignet, da geothermische Reservoire nur mit wenigen Ausnahmen im Hartgestein zu finden sind.<\/p>\n\n\n\n

Eine Herausforderung beim Verfahren liegt darin, die Mikro-Turbine aus der Hauptbohrung heraus abzulenken und bei relativ gro\u00dfem Angriffswinkel ins umliegende Gestein zu treiben. Daf\u00fcr haben die IEG-Forschenden eine spezielle Ablenkvorrichtung entwickelt. Mit diesem sogenannten Ablenkschuh kann das kompakte Werkzeug in einem Winkel von ca. 45 Grad aus der Hauptbohrung herausgef\u00fchrt werden. So erschlie\u00dft das Bohrwerkzeug rund um die Hauptbohrung neue Risse und Kl\u00fcfte mit Hei\u00dfwasser. Durch den hydraulischen Druck, der entsteht, wenn das Wasser nach oben gepumpt wird, flie\u00dft das Wasser aus den Rissen und Kl\u00fcften nun ebenfalls in die Hauptbohrung.<\/p>\n\n\n\n

\u00bbWir sind sehr dankbar daf\u00fcr, dass wir das Micro Turbine Drilling bereits mehrfach im schweizerischen Bedretto Underground Laboratory (BUL) in der N\u00e4he des Gotthard-Tunnels in bis zu 350 Metern Tiefe testen durften. Das Verfahren funktioniert sehr solide und arbeitet nahezu fehlerfrei\u00ab, freut sich Gei\u00dfler.<\/p>\n\n\n\n

Audioaufnahmen der Bohrger\u00e4usche<\/h5>\n\n\n\n

Auch die Politik hat die Bedeutung des Themas erkannt. Seit M\u00e4rz 2021 f\u00f6rdert das Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie das Projekt mit mehr als 430 000 Euro.<\/p>\n\n\n\n

Die Fraunhofer IEG-Forschenden treiben das Vorhaben unterdessen weiter voran. Im n\u00e4chsten Schritt sollen die Bohrger\u00e4usche aufgenommen werden. Als akustische Referenz bei der Analyse kann dabei auch das Ger\u00e4usch der Mikro-Bohrturbine dienen, deren Schaufeln bei der Rotation ein charakteristisches Pulsmuster aussenden. Mit der Analyse der Audioaufnahme lassen sich die Gesteinsarten, die der Mei\u00dfel bearbeitet, erkennen und l\u00e4sst sich zugleich feststellen, ob der Bohrer sich in der richtigen Geschwindigkeit dreht, gerade feststeckt oder gar leerl\u00e4uft. Die Ger\u00e4usche werden dabei auf die st\u00e4hlerne Rohrleitung als K\u00f6rperschall \u00fcbertragen und aufgenommen.<\/p>\n\n\n\n

Die Technologie ist nicht nur f\u00fcr Geothermie-Anwendungen einsetzbar. \u00bbGenerell kann das MTD in jeder Tiefbohrung eingesetzt werden, wo es darauf ankommt, die Umgebung einer Bohrung mit m\u00f6glicherweise heterogenen Gesteinsarten zu erkunden, etwa f\u00fcr die \u00d6l- oder Gasindustrie. Im Bereich Geotechnologien oder Tunnelbau k\u00f6nnen mit dieser Mikro-Bohrtechnologie beispielsweise Ankerbohrungen an schlecht zug\u00e4nglichen Stellen gesetzt werden, an denen der Einsatz konventioneller Ger\u00e4te aus Platzgr\u00fcnden nicht m\u00f6glich ist\u00ab, erl\u00e4utert Gei\u00dfler.<\/p>\n\n\n\n

Eine Hauptanwendung der 2020 zum Patent angemeldeten Technologie wird aber sicherlich die Gewinnung von Erdw\u00e4rme sein. Fachleute sch\u00e4tzen, dass sich die Zahl der Geothermie-Kraftwerke in Europa in den n\u00e4chsten f\u00fcnf bis acht Jahren verdoppeln wird. Micro Turbine Drilling aus dem Fraunhofer IEG kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die F\u00f6rderbohrungen weniger riskant, weniger aufwendig und noch wirtschaftlicher zu gestalten.<\/p>\n\n\n\n