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Grubenwasser

| Wort der Woche

In Europa gibt es viele ehemalige Bergwerke, die nicht mehr genutzt werden und mit 12 bis 30 °C warmem Grubenwasser geflutet sind. Dieses lässt sich zur Wärmeversorgung nutzen.

Wärme- und Kältegewinnungskonzepte bei der Nutzung von Grubenwässern. WP = Wärmepumpe Quelle: Grab, Storch und Groß

Grubenwasser bezeichnet das Wasser, das in Bergwerken zusammen mit der Rohstoffförderung an die Oberfläche gepumpt wird. Die angewendete Technologie wird Wasserhaltung genannt. Sie spielt auch (unendlich) lange nach Schließung eines Bergwerks noch eine Rolle. Nach Ende des Betriebes werden die noch bestehenden Stollen in der Regel geflutet, da sie sich unterhalb des Grundwasserspiegels befinden. Das so genannte Grubenwasser ist warm, da es aus tieferen Gesteinsschichten kommt. So entstehen künstliche Reservoire an warmem Wasser, die für die Wärmeversorgung der Gebäude der Region genutzt werden können. Grubenwasser hat standortabhängig meist ein Temperaturniveau zwischen 12 und 30 Grad Celsius. 

Da Grubenwässer die Temperatur des Gebirges haben, aus dem sie kommen, können sie je nach Teufe und Anwendung mit oder ohne Wärmepumpe geothermisch genutzt werden. Im Ruhrgebiet z. B. könnte der geothermischen Grubenwassernutzung im Zuge der 'Wärmewende' eine große Bedeutung zukommen.

Wärmenutzung

Grubenwasser von offengelassenen und gefluteten Bergwerken ist für die Nutzung der thermalen Energie gut geeignet. Das Grubenwasser wird aufgrund des gelockerten Gebirges gut erwärmt und erreicht – je nach Teufe – Temperaturen zwischen 20 und 30 °C. Diese Wärme lässt sich gut für Heizzwecke nutzen. Allerdings sind aufgrund der nur mäßigen Temperaturen zur Wärmenutzung des Grubenwassers Wärmepumpenheizungen erforderlich. Die Nutzung der Wärmeenergie des Grubenwassers wurde bereits in mehreren Projekten z. B. in Ehrenfriedersdorf (Sachsen) und in Heerlen/NL erfolgreich getestet. In Heerlen dient das Grubenwasser dabei der Speisung eines kalten Nahwärmenetzes. Für die Nutzung müssen bestimmte genehmigungsrechtliche Aspekte berücksichtigt werden. Zur Gewinnung der Erdwärme gibt es im Wesentlichen zwei Verfahren: das Dubletten- und das Einzelsondensystem. Mit dem Dublettensystem kann eine größere Energiemenge kontinuierlich gewonnen werden, das Einzelsondensystem ist kostengünstiger.

Ein  Beispiel ist in Bochum zu finden. Auf dem ehemaligen Opel-Gelände MARK 51°7 entstehen auf knapp 70 Hektar ein modernes Gewerbegebiet für technologieorientierte Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Die geothermische Erschließung von Bergbauschächten der ehemaligen Zeche Dannenbaum auf dem Gelände ist dabei Pionierarbeit und soll als Leuchtturm für weitere Projekte dienen.  Auf dem Gelände wurden zwei Bohrungen zu den gefluteten Stollen der Zeche Dannebaum wurden abgeteuft (= gebohrt). Die erste Bohrung führt bis in 340 Meter Tiefe, die zweite Bohrung bis in 820 Meter Tiefe. Die unterschiedlichen Bohrtiefen haben Vorteile für diegeplante Kombination von Wärme- und Kälteversorgung. Das mit 30 °C heißere Wasser aus dem tieferen Schacht dient der Wärmeversorgung. Großwärmepumpen bringen das Wasser dann auf Temperaturen von etwa 45 Grad Celsius. Für die Kälteversorgung wird 18 Grad Celsius kältere Wasser aus den oberen Schächten gefördert. Das natürliche Energiepotenzial des Grubenwassers wird Prognosen zufolge zu mehr als 75 Prozent den Wärme- und Kältebedarf der angeschlossenen Abnehmer decken.

Grubenwasserspeicher

Das sich noch im Gubengebäude befindliche Grubenwasser kann auch als Wärmespeicher genutzt werden. Durch Nutzung (noch) vorhandener Infrastruktur kann diese Art der Wärmespeicherung besonders wirtschaftlich sein.

Stoffliche Nutzung von Grubenwasser

Das Grubenwassers stellt auch eine wertvolle Ressource zur Rohstoffgewinnung dar. Enthaltene Salze oder Mineralstoffe können stark aufkonzentriert und als Sohlen an Industriepartner abgegeben oder verkauft werden.

Denkbar sind dafür Membranverfahren und Niedrigtemperaturverdampfung. Beim Membranverfahren wird die Flüssigkeit durch den Einsatz einer semipermeablen Membran gepresst und so Stofffrachten abgetrennt. Durch Umkehrosmose ist auch eine Trennung von gelösten Mineralstoffen möglich. Um eine ausreichende Reinigung und Abtrennung zu gewährleisten, ist jedoch sehr hoher Druck notwendig.

Eine Alternative ist die Niedrigtemperaturverdampfung, bei der das Grubenwasser unter Druck erhitzt und so zum Verdampfen gebracht würde. Zurück bleiben die Mineralfracht und destilliertes Wasser. Das Wasser kann je nach Bedarf bis auf Trinkwasser- oder Nutzwasserqualität remineralisiert (designed), in Flüsse eingeleitet oder auch als destilliertes Wasser verkauft werden. Die Rückstände können getrennt oder in geeigneter Qualität gewonnen und als Mineralstoffe verkauft werden.

Beispiele

Bisher realisierte Beispiele zur Grubenwassernutzung sind:

  • Zeche Zollverein Essen
  • Marl
  • Bochum MARK 51°7
  • Wismutschacht 302 der Stadt Marienburg

Rechtlich hat das Grubenwasser gegenüber anderen Wässern, die ebenfalls dem Grundwasser zuzuordnen sind, eine Sonderrolle da seine Nutzung im Bergrecht geregelt ist.

Zu unterscheiden ist die Grubenwasserhaltung vom Management oberflächennaher Grundwässer, die Aufgrund der Bergsenkungen ebenfalls gepumpt werden müssen, um Seenbildungen zu vermeiden.