Aquiferspeicher: Kühlen im Sommer und Heizen im Winter

Aquiferspeicher sind wasserführende Schichten im Untergrund, in denen das Wasser nicht oder kaum fließt – die Wärme also nicht abtransportiert wird. Sie werden durch Bohrungen erschlossen, um mit der Abwärme von Industrieanlagen oder Solarwärme das Wasser im Untergrund aufzuheizen. Das umgebende Gestein wirkt dabei als Isolator. Die eingespeicherte Wärme kann dann über Wärmetauscher bei Bedarf, also zum Beispiel im Winter, wieder abgerufen werden. Das Speichern von sommerlicher Wärme oder der Abwärme von Industrieanlagen in Aquiferen ist beispielsweise in den Niederlanden weit verbreitet. An über 2.800 Standorten verwirklichte das Nachbarland bereits diese Technologie. In Deutschland gibt es bisher nur vereinzelte Standorte mit geothermischer Energiespeicherung in Grundwasserleitern. Prominentestes Beispiel ist das Reichstagsgebäude in Berlin, welches über mehrere Aquiferspeicher mit Wärme im Winter und Kälte im Sommer versorgt wird. Hamburg plant zurzeit einen enormen Aquiferwärmespeicher, der in Zukunft über eine Viertelmillionen Haushalte und Gewerbebetriebe warm durch den Winter bringen soll. In einem neuen Projekt evaluieren die Forscher nun die Effektivität einer der größten aquifer-gebundenen Geothermieanlagen in Europa. Seit bereits 2009 versorgt ein unterirdischer Aquiferspeicher das Hotel Kameha Grand und zwei Bürokomplexe am Bonner Bogen, einem neu entwickelten, gewerblich genutzten Areal am Rheinufer, umweltschonend mit Kälte im Sommer und Wärme im Winter. Die Anlage übernimmt bis zu 80 Prozent der Wärme- und Kälteversorgung der Gebäude mit einer Gesamtfläche von rund 60.000 m². Gegenüber einer konventionellen Energieversorgung spart diese Geothermieanlage jährlich rund 1.700 Megawattstunden Energie sowie 400 Tonnen CO₂ ein. Geologen und Experten für Energie- und Gebäudetechnik arbeiten gemeinsam an der Auswertung und der Anpassung der Anlage an die sich wandelnden klimatischen Bedingungen. »Wir stellen fest, dass wir aufgrund des sich ändernden Klimas teilweise schon im März Räumlichkeiten kühlen statt heizen müssen«, berichtet Philipp Blum, Professor am Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Energiebedarf für Klimaanlagen bis zum Jahr 2100 um das 33-fache ansteigen wird. Zahlreiche Regionen in Deutschland und Europa, aber auch weltweit eignen sich laut den Forschern aufgrund der geologischen Bodenverhältnisse für eine Aquifer-basierte Geothermie. Durch die großen Kapazitäten bieten sich Aquiferspeicher aus wirtschaftlicher Sicht vor allem für große Gebäude, wie Museen, Krankenhäuser, Büros oder Hotels. Auch für zusammenhängend geplante Wohnsiedlungen kommen Aquiferspeicher in Kombination mit Nahwärmenetzen in Frage. In den Niederlanden wird die Technik zudem beispielsweise für industrielle Komplexe wie Gewächshäuser oder Rechenzentren genutzt. Die Berechnungen der Wissenschaftler zeigen: Ein Return on Investment wird bei Aquiferspeichern oftmals schon nach zwei bis zehn Jahren erreicht. Insgesamt werten die Projektpartner unter der Federführung des KIT acht Geothermie-Projekte in Baden-Württemberg wissenschaftlich aus. Die Themen erstrecken sich von innovativen Monitoring- und Speicherkonzepten, detaillierten Wärmetransport-Modellen, Untersuchungen zur Hydrogeochemie, weitreichenden System- und Optimierungsanalysen bis hin zu maßgeschneiderten Kommunikations-Strategien.