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Grubenwasser

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

Grubenwasser ist bergmännisch für 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 möglicherweise noch eine Rolle.

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 könnte z. B. der geothermischen Grubenwassernutzung im Zuge der 'Wärmewende' eine große Bedeutung zukommen.

Wärmenutzung

Für die Nutzung der thermalen Energie ist das Grubenwasser von offengelassenen und gefluteten Bergwerken 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.

Potenziale in NRW

Eine Potentialstudie „Warmes Grubenwasser“ des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW (LANUV-Fachbericht 90) stellt als Ergebnis signifikante Potenziale des warmen Grubenwassers und der Bergbauinfrastruktur besonders im Ruhrrevier fest. Auf Basis dieses Potentials skizziert die Studie im Rahmen ihrer Hot-Spot-Analyse für die künftigen Wasserhaltungsstandorte des ehemaligen Steinkohlenbergbaus die in der Tabelle dargestellte Situation (Quelle LANUV NRW (2018) ergänzt durch berechnetes theoretisches elektrisches Leistungspotential (Schiffer et al. 2019 überarbeitet)).

Standort

Volumenstrom

max. ΔT

Dichte

Wärme-

kapazität[DG1] 

 

[l / s]

[K]

[kg / m³]

[kJ / (kg*K)]

Haus Aden

406

18

1.006,3

4,1

Walsum

254

23

1.034,3

3,9

Lohberg

1.104

29

1.048,4

3,8

Friedlicher Nachbar

270

14

999,2

4,2

Heinrich

634

12

999,2

4,1

Robert Müser

336

14

1.000,2

4,2

         

Standort

max. therm. Leistung

theor. Wärmeenergiepotenzial

max. elektrische Leistung

 
 

[MWth]

[GWh/a]

[kWel]

 

Haus Aden

30,3

265,1

872,6

 

Walsum

23,7

207,6

682,6

 

Lohberg

128,5

1.126,1

3700,8

 

Friedlicher Nachbar

15,7

137,9

452,2

 

Heinrich

31,4

274,6

904,3

 

Robert Müser

19,6

171,7

564,5

 
         

Im Hinblick auf das verfügbare Energiepotential kann dabei für die sechs zukünftigen Wasserprovinzen im Bereich des Ruhrgebiets festgehalten werden, dass an den Standorten der zukünftigen zentralen Wasserhaltung – und hier aufgrund der recht guten Temperaturen (ca. 30 °C bis 35 °C) und der großen Fördervolumina insbesondere in Walsum (Fördermenge ab 2020 ca. 8 Mio. m³ pro Jahr) und in Lohberg (Fördermenge ab ca. 2035 rd. 43,8 Mio. m³ pro Jahr) – attraktive Nutzungen erfolgen können.

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

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.

Literatur

LANUV NRW (2018): Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW: Potentialstudie Warmes Grubenwasser. Fachbericht 90, Recklinghausen.

Schiffer, Rolf; Wagner, Lisa; Wintersberg, Florian; Wohnlich, Stefan: Wertschöpfung auf Basis geothermischer Energie im Umfeld der Bergbauindustrie, DGK, München, 2019.

Videos

https://www.youtube.com/watch?v=T86TxPYSK6o

zuletzt bearbeitet Oktober 2021