Rund 30 Prozent der Neubauten in Deutschland werden derzeit mit Geothermie-Anlagen ausgestattet, berichten die Wissenschaftler des Fachgebietes Geotechnik und Geothermie der Hochschule OWL. Das sei ein erster Erfolg, könne aber noch deutlich mehr sein. Einen Hinderungsgrund sehen die Forscher darin, dass die behördlichen Auflagen für die Genehmigung solcher Anlagen in den vergangenen Jahren immer strenger geworden sind. Stichwort sei vor allem der Grundwasserschutz. Gemeinsam mit Kollegen der TU Darmstadt hat das Team von der Hochschule OWL daher ein Verbundprojekt gestartet. Titel: "Entwicklung von Verfahren zur Optimierung der Hinterfüll- und Sondenmaterialien für die oberflächennahe Geothermie − Optimog".
Hohe Anforderungen an die Baustoffe
Bei der oberflächennahen Geothermie werden Bohrungen bis zu einer Tiefe von 400 Metern in die Erde abgeteuft. In diese werden Sonden eingeführt. Dieses Rohrsystem aus Kunststoff bringt mit Hilfe von Wasser und einer Wärmepumpe die Wärme aus dem Erdreich an die Oberfläche. Dem Wasser ist häufig Frostschutzmittel beigemischt, um Betriebstemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes zu ermöglichen. Der Ringraum der Bohrlöcher rund um die Sonden wird anschließend wieder verfüllt - mit einem Baustoff aus Zement und weiteren Zutaten, der in flüssiger Form eingefüllt wird. Wenn er ausgehärtet ist, dichtet er das Bohrloch ab, damit beispielsweise auch bei einem Leck der Rohre kein Frostschutzmittel ins Grundwasser gelangt. Dieser abdichtende Baustoff muss eine Menge aushalten: Er steht stellenweise dauerhaft im Wasser, ist Temperaturschwankungen ausgesetzt bis hin zum Frost, denn wenn dem Erdreich stetig Wärme entzogen wird, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Boden friert. Trotzdem muss der Baustoff langzeitbeständig sein, da er nach dem Aufbau einer Geothermie-Anlage nicht mehr ausgetauscht werden kann.
Verwendete Materialien sind nicht frostbeständig
Untersuchungen der Geothermie-Forscher aus Höxter haben in den vergangenen Jahren gezeigt, dass die bisher verwendeten Baustoffe diesen Herausforderungen nicht alle ausreichend gewachsen sind: "Ich habe schon verschiedene Baustoffe, die bereits für die Nutzung zugelassen waren, untersucht und festgestellt, dass diese nicht frostbeständig sind. Sie bekamen Risse oder wurden porös", sagt Fachgebietsleiter Professor Lutz Müller. Um nicht nur die Baustoffe, sondern das gesamte System aus Bohrung, Sonde und Baustoff untersuchen zu können, ist in Höxter im Rahmen einer Promotion ein Prüfstand entstanden. Dieser wird nun innerhalb des neuen Forschungsprojektes weiterentwickelt.
An diesem Versuchsstand soll künftig auch die Wärmeleitfähigkeit der Baustoff-Proben untersucht werden – im bisherigen Aufbau lässt sich vor allem die Wasserdurchlässigkeit testen. Zusätzlich denken die Wissenschaftler jetzt in größeren Dimensionen. Dabei wird ein so genannter Technikumsversuchsstand entstehen, der die Realität abbildet und das System Bohrung, Sonde, Baustoff um die Komponente des Bodens erweitert. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Projekt für drei Jahre mit insgesamt etwa 800.000 Euro. Quelle: Hochschule OWL / sth