Derzeit ist in einigen Geothermieanlagen des Bayerischen Molassebeckens auf Grund der Ausfällung von Carbonaten kein geregelter Betrieb zur Förderung von Thermalwasser mit Temperaturen von > 100 °C und Fördervolumina > 100 L/s möglich. Daher werden nun im Projekt EvA-M erstmalig Inhibitoren zur Vermeidung bzw. Verminderung von Ausfällungen in drei Geothermieanlagen im Rahmen eines Langzeitversuchs eingesetzt.

Steckbrief

Wesentliche Forschungsschwerpunkte

Die Inhibitorzugabe in drei Anlagen im Molassebecken soll multidisziplinär durch enge Zusammenarbeit von Betreibern, Industrie und Forschungseinrichtungen begleitet und evaluiert werden. Derzeit ist in einigen Geothermieanlagen auf Grund der Ausfällung von Karbonaten kein geregelter Betrieb zur Förderung von Thermalwasser mit Temperaturen von > 100 °C und Fördervolumina > 100 L/s möglich. Zur Vermeidung solcher Ausfällungen soll nun der Inhibitor NC47.1B im Rahmen eines Langzeitversuches in drei Anlagen unterhalb der Tauchkreiselpumpe injiziert und dessen Wirksamkeit und Verhalten evaluiert werden. Hierbei sollen wertvolle Informationen

• zur Wirksamkeit des Inhibitors im Anlagenmaßstab,
• zum Abbau des Inhibitors im Untergrund,
• zur Verbreitung des Inhibitors im Untergrund,
• zur Wechselwirkung des Inhibitors mit Reservoirgestein sowie
• zum mikrobiellen Abbau und dem Einfluss auf die Biozönose beim Einsatz des Inhibitors gewonnen werden.

Diese Erkenntnisse sind wichtig, um die Folgen eines Langzeiteinsatzes von Inhibitoren sowohl für die Anlagen als auch für das hydrogeologische Fließsystem des Malmaquifers zu bewerten. Um diese Ziele zu erreichen, sind Versuche in unterschiedlichen Maßstäben und an verschiedenen Bypass- und Testsystemen sowie ein umfängliches technisches, hydrochemisches und mikrobiologisches Monitoring notwendig.

Dieses Projekt trägt wesentlich zur nachhaltigen Nutzung der tiefen Geothermie im Bayerischen Molassebecken bei. Die tiefe Geothermie stellt eine wichtige Komponente im Energiemix im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes dar und muss im Zuge der Umsetzung von COP 21 zwingend ausgebaut werden, um die notwendige „Wärmewende“ zu realisieren. Dieses Ziel kann jedoch nur verfolgt werden, wenn die derzeit auftretenden Ausfällungsprobleme gelöst werden.

Teilvorhaben

• Inhibitorevaluierung unter Anlagen- und Reservoir-Bedingungen, Anlagenmonitoring und Modellierung der Inhibitorausbreitung.

Die Inhibitorzugabe wird multidisziplinär durch enge Zusammenarbeit von Betreibern, Industrie und Forschungseinrichtungen begleitet und evaluiert. Im Rahmen des vorliegenden Teilvorhabens sind Versuche zur Inhibitorevaluierung unter Anlagen- und Reservoirbedingungen geplant ebenso wie ein umfängliches technisches und hydrogeochemisches Monitoring. Hierbei sollen wertvolle Informationen

1. zur Wirksamkeit des Inhibitors im Anlagenmaßstab,
2. zum Abbau des Inhibitors im Untergrund,
3. zur Verbreitung des Inhibitors im Untergrund,
4. zur Wechselwirkung des Inhibitors mit Reservoirgestein gewonnen werden.

Diese Erkenntnisse sind wichtig, um die Folgen eines Langzeiteinsatzes von Inhibitoren sowohl für die Anlagen als auch für das hydrogeologische Fließsystem des Malmaquifers zu bewerten.

• Isotopisch-chemische Untersuchungen zur Charakterisierung, Wiederfindung und Überwachung des Inhibitors und möglicher Abbauprozesse

Die Hydroisotop GmbH wird mit dem Teilvorhaben 'Isotopisch-chemische Untersuchungen zur Charakterisierung, Wiederfindung und Überwachung des Inhibitors und möglicher Abbauprozesse' einen Großteil der chemisch-isotopischen Analysen durchführen sowie mit der Evaluation und Interpretation der gewonnenen Daten zur Beantwortung der verschiedenen oben genannten Fragestellungen des Forschungsprojektes beitragen

• Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen der Inhibitorzugabe und mikrobiellen Stoffwechselprozessen

Um die Projektziele zu erreichen, sollen im Rahmen dieses Teilprojektes Untersuchungen zur Charakterisierung der mikrobiellen Lebensgemeinschaft in unterschiedlichen Maßstäben und an verschiedenen Bypass- und Testsystemen sowie ein begleitendes Monitoring an den drei Pilotanlagen durchführt werden. Weiterhin soll ein Schnelltest zur Beurteilung der biologischen Abbaubarkeit von organischen Inhibitoren entwickelt und im Rahmen der Pilotversuche evaluiert werden. Indem die derzeit auftretenden Ausfällungsprobleme nachhaltig gelöst werden, wird wesentlich zur erfolgreichen Nutzung der tiefen Geothermie im Bayerischen Molassebecken beigetragen.

• Untersuchung des Verhaltens der Ausfällungsinhibitoren mit Hilfe reaktiver Stofftransportmodelle

Im Rahmen des vorliegenden Teilvorhabens sollen folgende Teilziele erreicht werden: - Umbau der LERWTG Versuchsanlage, um die Wirkungsweise der Ausfällungsinhibitoren optimal untersuchen zu können. - Bestimmungen der Parameter, die fortlaufend aufgezeichnet werden müssen. Festlegung, wann Wasser- und Gesteinsproben genommen werden und was an den Proben bestimmt wird. - Überführung der Ergebnisse des biologischen Abbaus und der damit verbundenen Abnahme der Wirkung der Ausfällungsinhibitoren in ein analytisches Modell zur Beschreibung der Kinetik innerhalb eines numerischen geochemischen Modells. - Untersuchung des Verhaltens der Ausfällungsinhibitoren mit Hilfe reaktiver Stofftransportmodelle auf Basis thermodynamisch und kinetisch kontrollierter Prozesse. - Definition der Anforderungen für regionale konservative Stofftransportmodelle.

Koopertionspartner

• Sondervermögen Großforschung beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Institut für Kern- und Energietechnik (IKET), Eggenstein-Leopoldshafen
• Hydroisotop GmbH, Laboratorium zur Bestimmung von Isotopen in Umwelt und Hydrologie, Schweitenkirchen
• Hochschule Merseburg (FH), Merseburg
• Technische Universität Bergakademie Freiberg - Fakultät für Chemie und Physik - Institut für Technische Chemie, Freiberg

Testgebiete, Untersuchungsgebiete

Bayrische Molasse

Das Projekt wurde 2021 durch das Projekt EvA-M2 ergänzt.

Projektpartner, Teilvorhaben

SWM Services GmbH, Umsetzung der Verfahren im Anlagenmaßstab und In-situ Tests. Im Zuge dieses Projektes sollen nun zwei Verfahren im Anlagenmaßstab erprobt und miteinander verglichen werden. In der Geothermieanlage Dürrnhaar sollen obertägig der Inhibitor NC47.1B sowie CO2 injiziert werden, um deren Wirksamkeit zur Vermeidung von Karbonatausfällungen unter quasi identischen Bedingungen zu vergleichen. Parallel dazu wird eine Injektionsleitung für die untertägige Zugabe beider Arbeitsmittel ausgelegt und in die Anlage in Sauerlach eingebaut. Daraufhin soll über einen Zeitraum von einem Jahr Inhibitor bzw. CO2 an den Standorten in Dürrnhaar und Sauerlach untertägig injiziert werden. Es erfolgt ein begleitendes Monitoring, sodass die Verfahren in Hinblick auf deren Effektivität, anlagentechnische Eignung, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit ausgewertet werden können. Begleitend dazu erfolgt ein umfassendes Monitoring der Injektion von CO2 und Inhibitor in den geo-thermischen Anlagen mit Hilfe von Bypässen unter kontrollierten Bedingungen, das hydrochemische, mineralogische, mikrobielle und korrosionschemische Untersuchungen umfasst. Um die Voraussetzungen für eine Genehmigung für den Einsatz von Inhibitoren im Bayerischen Molassebecken zu erfüllen und die Palette nutzbarer Inhibitoren zu erweitern, soll ein Programm zur standardisierten Untersuchung und Beurteilung von Inhibitoren entwickelt werden, das sowohl Wirksamkeitsuntersuchungen wie auch die biologische Abbaubarkeit unter anaeroben Bedingungen bei unterschiedl

Sondervermögen Großforschung beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES), Forschung und wissenschaftliche Anwendungen. Im Rahmen des Teilvorhabens TP1 soll eine effektive, umweltschonende und kostengünstige Vermeidung von Karbonat Ausfällungen in der tiefen Geothermie im Bayerischen Molassebecken entwickelt und un-tersucht werden. Dabei soll in einem direkten Vergleich, der beiden in Vorprojekten erprobten Verfahren, Zugabe von CO2 und Zugabe von Inhibitor zur Vermeidung von Kalkausfällungen, im Anlagenmaßstab, wissenschaftlich untersucht werden. Zusätzlich wird ein umfangreiches hydrochemisches Monitoring der Injektion an zwei geothermischen Anlagen durchgeführt. Es wird untersucht wie eine untertägige Injekti-on eines Inhibitor-Wassergemisches sowie von CO2, flexibel realisiert werden kann, um daraus ein geeig-netes, betriebssicheres Injektionssystem abzuleiten. Es sollen weitere Inhibitoren definiert werden, die geeignet sind, die Kalkausfällung des Thermalwassers im bayerischen Molassebecken zu reduzieren. Zu-sätzlich soll der Einfluss von Druck und Temperatur auf die Inhibitoren untersucht werden (Stresstest). Es soll geklärt werden wie sich beide Verfahren langfristig auf die Betriebssicherheit auswirken und welche Strategie zur Vereidung von Karbonat Ausfällung besonders effizient und kostengünstig ist.

Hochschule Merseburg, Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen der Inhibitor- bzw. CO2-Zugabe und mikrobiellen Stoffwechselprozessen. Im Rahmen des Teilvorhabens soll der Einfluss der Injektion von CO2 und organischen Scaling-Inhibitoren auf die Mikrobiologie und damit verbundene Korrosionsprozesse sowie die Vermeidung von Karbonatausfällungen erforscht werden. Hierzu wird deren Injektion ober- und untertägig in zwei Geothermieanlagen im Molassebecken wissenschaftlich begleitet (AP 2 ' 5). Außerdem sollen unter Einsatz verschiedener Bypass-Systeme (AP 6) und mittels ergänzender Laborexperimente (AP 7) vergleichende Untersuchungen zur Effektivität und Betriebssicherheit der beiden Strategien zur Vermeidung von Ausfällungen durchgeführt werden. Weiterhin ist zu prüfen, ob es in den verschiedenen Anlagen zu einem signifikanten Wachstum von Biofilmen kommt und wie sich dies auf den Abbau des Inhibitors und die Korrosionsrate auswirkt (AP 8). Hier wird v. a. die Temperatur- und Druckabhängigkeit des mikrobiellen Abbaus genauer untersucht. Zudem werden standardisierte Untersuchungen zur Effektivität alternativer Inhibitoren und zu deren Abbaubarkeit durchgeführt (AP 9). Auf Basis dieses umfangreichen Forschungsprogramms sollen Handlungsempfehlungen für einen sicheren und effizienten Anlagenbetrieb von Geothermieanlagen im Bayerischen Molassebecken abgeleitet werden.

Hydroisotop GmbH, Laboratorium zur Bestimmung von Isotopen in Umwelt und Hydrologie, Durchführung und Auswertung von Anlagen- und Laborversuchen. Die Firma Hydroisotop GmbH wird die Anwendung umweltfreundlicher Inhibitoren und CO2 im Technikumsmaßstab begleiten und anhand des umfangreichen Monitorings evaluieren. Zudem werden von der Hydroisotop begleitende Laborversuche Informationen zur Wirksamkeit und thermischen und mikrobiellen Abbaubarkeit neuer potentieller Inhibitoren liefern und eine Entwicklung standardisierter Tests zur Charakterisierung von Inhibitoren, sowie zur Charakterisierung von Wechselwirkungsreaktionen zwischen Inhibitor, organischen Komponenten und Gestein zu ermöglichen.

Weblinks

https://www.enargus.de/pub/bscw.cgi/26?op=enargus.eps2&m=0&v=10&p=0&s=0&q=0324215

https://www.enargus.de/search/?q=EvA-M2

zuletzt bearbeitet Juli 2021, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de