Der Chemismus geothermaler Tiefenwässer wird im Wesentlichen durch das Reservoirgestein kontrolliert, d.h. durch die Löslichkeit seiner Minerale sowie durch die Fluideinschlüsse in bestimmten Mineralen. Daneben können jedoch auch auf- oder absteigende Fluide eine wesentliche Rolle spielen. Das Reservoirfluid befindet sich i.d.R. im geochemischen Gleichgewicht mit dem umgebenden Gestein. Durch den obertägigen Wärmeentzug und die Druckentlastung während der Förderung wird das System gestört. Dabei werden die physikalischen, hydrochemischen und thermodynamischen Parameter des geothermalen Wassers verändert. Folgereaktionen können Mineralausfällungen und/oder Minerallösungen im gesamten Bereich der geothermischen Anlage und des Reservoirs sein. Darüber hinaus sind die, typischerweise hochsalinaren geothermischen Fluide, stark korrosiv gegenüber den eingesetzten Materialien. Von der Förderbohrung inklusive abgehängter Pumpe über die Rohrleitungen, die Wärmetauscher, bis hin zum Casing der Injektionsbohrung ist das Fluid in direktem Kontakt mit dem verbauten Material.

Ziel der Untersuchungen ist es ein verbessertes Verständnis der chemischen Veränderungen im geothermalen System während der Zirkulation im gesamten Kreislauf zu erhalten, um die daraus resultierenden chemischen Prozesse bewerten zu können. Die Auswirkungen des veränderten Fluids auf die unmittelbare Bohrlochumgebung der Injektionsbohrung haben dabei eine hohe Relevanz. Geochemische Wasser-Gesteinswechselwirkungen können als Folgereaktionen eine Änderung der Gesteinspermeabilität hervorrufen und folglich die Injektivität der Bohrung beeinflussen und Teile der Geothermieanlage wie Rohrsysteme oder Pumpen beschädigen.

Für die Bearbeitung der Fragestellung werden die geochemischen Prozesse des Thermalwasserkreislaufs u.a. in Laborexperimenten untersucht. Die dafür notwendigen Randbedingungen werden, anlehnend an reale Verhältnisse im Reservoir und den Übertageinstallationen, von bestehenden Geothermiekraftwerken übernommen. Ausschlaggebend dabei sind die hohen Druck- und Temperaturabedingungen. Komplementär werden numerische Modellierungen mit THMC-Codes durchgeführt, um die thermisch-hydraulischen Prozesse, die chemischen Wechselwirkungen und den Stofftransport nachvollziehen und quantifizieren zu können. Dabei verwendete Modellierungscodes sind TOUGHREACT, PhreeqC und Elmer.

Für eine langfristige und reibungslose Nutzung eines geothermischen Reservoirs ist es notwendig die chemischen Wechselwirkungen zwischen dem Injektionsfluid und den Mineralphasen des Gesteins detailliert zu betrachten. Für einen kontinuierlichen Betrieb einer geothermischen Anlage gilt es außerdem die korrosiven Prozesse in den obertägigen technischen Anlagenteilen vorhersagen und somit reduzieren zu können.

Kontaktpersonen:

Ingrid Stober, Fabian Nitschke, Roman Schmidt, Sebastian Held