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Ablagerung

Ablagerungen (engl. Scaling) sind Ausfällungen von in Wasser gelösten Mineralen.

Mit Fällung oder Präzipitation (von lateinisch praecipitatio „das Herabstürzen“) wird in der Chemie das Ausscheiden eines gelösten Stoffes aus einer Lösung bezeichnet. Dies geschieht durch Überschreiten seiner Löslichkeit aufgrund von Änderungen seiner Umgebungsbedingungen, z. B. durch Zusätze von geeigneten Substanzen (Fällungsmittel), Temperatur- und Druckänderung, Verdunstung des Lösungsmittels oder Änderung der Polarität des Lösungsmittels. Das Ausscheiden erfolgt als Niederschlag in Form von amorphen Flocken oder kristallinem Material. Grundsätzlich findet dabei ein Phasenübergang der zuvor gelösten zu einer festen Substanz statt.

Ablagerungen treten also auf, wenn sich die Druck-/ Temperaturbedingungen (oder andere Bedingungen) des Wassers ändern, hängen aber auch von weiteren Faktoren ab, wie den Materialien, an die sich die Ausfällungen anlagern, von den Strömungsbedingungen usw.. Naturgemäß sind Ablagerungen wahrscheinlicher und gravierender, wenn der Mineralgehalt (Salzgehalt) des Wassers hoch ist.

Bedeutung in der Geothermie

Neben der Korosion ist das Scaling eine der größten Heraussforderungen bei Bau und Betrieb geothermischer Anlagen. Da in diesen Anlagen bestimmungsgemäß dem Thermalwasser Energie entzogen wird, dieses also abgekühlt wird, sind Ablagerungen grundsätzlich nicht ganz zu vermeiden. Abhängig vom Salzgehalt der Thermalwässer sind diese Probleme im Norddeutschen Becken am größten und im Oberrheingraben garvierender als in der Bayrischen Molasse.

Geeignete Maßnahmen sind:

Materialwahl
Beschichtungen
Optimierung der Strömungen (z.B. in den Pumpen)
Inhibitoren

Entstehung

Die Entstehung von mineralischen Ablagerung, scales (oder scalings) wird durch folgende Parameter beeinflusst:

Chemismus des Thermalwassers
Temperatur und Temperaturänderungen
Druck und Druckänderungen
Strömungen des Fluids, Strömungsgradienten
Werkstoffe und Beschichtungen

Scalings können gering radioaktiv sein, so dass mit ihnen entsprechend umgegangen werden muss.

Gegen scaling kann durch Beeinflussung obiger Parameter vorgegangen werden. Darüberhinaus können Scalinginhibitoren verwendet werden.

Im Zuge der Reinjektion von Fluiden bei der tiefen geothermischen Energiegewinnung kann es infolge veränderter Temperatur- und Druckbedingungen zur Übersättigung und damit zur Fällung von Mineralphasen kommen, wodurch Wegsamkeiten im Reservoir allmählich verschlossen werden. Dieser Effekt wird als Reservoirscaling bezeichnet und limitiert nachhaltig die Nutzung geothermischer Ressourcen.

Nachgebildet und prognostiziert werden derartige Scalingprozesse häufig mittels hydrogeochemischer Modellierungsprogramme, die vor allem auf der Temperatur- und Druckabhängigkeit von Lösungs- und Reaktionsgleichgewichten im Reservoir basieren.