Fraunhofer IEG: Studie zeigt großes Geothermiepotenzial in verkarsteten Kalkgesteinen in NRW
Die Wärmewende stellt Energieversorger vor die Aufgabe, neue nachhaltige Wärmequellen zu erschließen. Tiefengeothermie rückt dabei zunehmend in den Fokus der kommunalen Wärmeplanung. Forschende des Fraunhofer IEG haben nun neue Erkenntnisse zum geothermischen Potenzial im Untergrund von Nordrhein-Westfalen veröffentlicht. Grundlage sind detaillierte Bohrkernanalysen aus dem Raum Iserlohn. Die Ergebnisse zeigen, dass verkarstete Kalkgesteine aus dem Erdzeitalter Devon ein bislang unterschätztes Wärmereservoir darstellen könnten.
Energieversorger stehen vor der Aufgabe, Wärmenetze trotz Kohleausstieg langfristig zukunftsfähig aufzustellen. Erdwärme könnte dabei eine wichtige Rolle spielen – vorausgesetzt, das Wissen über die geologischen Strukturen im Untergrund wird erweitert. Forschende des Fraunhofer IEG untersuchten deshalb im Rahmen des Reallabor Geothermie Rheinland, welche Eigenschaften die tief liegenden Kalkgesteinsschichten besitzen und wie gut sie sich für die geothermische Nutzung eignen.
„Unsere Ergebnisse zeigen: Verkarstete Gesteine in zwei bis drei Kilometern Tiefe können für Energieversorger ein echtes Reservoir für die Wärmewende sein“, sagt Studienleiter Manfred Heinelt vom Fraunhofer IEG. Durch natürliche Verkarstungsprozesse entstehen über Millionen Jahre Hohlräume und erweiterte Spalten im Gestein. Diese erleichtern die Zirkulation von Tiefenwasser erheblich und ermöglichen eine wirtschaftliche Nutzung der gespeicherten Wärme – ähnlich wie bereits in Städten wie München oder Paris sowie in mehreren Projekten in den Niederlande.
Höhere Durchlässigkeit durch natürliche Hohlräume
Die Untersuchungen zeigen, dass die Verkarstung entscheidend für die Eigenschaften der Kalkgesteine ist. Während unveränderte Kalkschichten kaum Wasser führen, erreichen stark verkarstete Einheiten effektive Porositäten von bis zu 14 Prozent und deutlich höhere Durchlässigkeiten. Dadurch kann Tiefenwasser leichter zirkulieren und Wärme effizient transportieren. Für Energieversorger bedeutet dies, dass mögliche geothermische Standorte über größere hydraulische Reserven verfügen könnten, als frühere Bohrdaten vermuten ließen.
Laboranalysen unter realistischen Tiefenbedingungen
Für die Studie analysierten die Forschenden Bohrkernproben aus zwei bis drei Kilometern Tiefe. Im Labor wurden Dichte, Wärmeleitfähigkeit sowie akustische Eigenschaften gemessen und umfangreiche Durchlässigkeitsexperimente durchgeführt. Die Tests fanden unter Druck- und Temperaturbedingungen statt, die denen in mehreren Kilometern Tiefe entsprechen. Zusätzlich kam Computertomographie zum Einsatz, um das innere Hohlraumsystem der Gesteine sichtbar zu machen.
Die gewonnenen Daten flossen anschließend in ein Computermodell ein, das das geothermische Wärmeangebot der Gesteinsschichten bis in 3.000 Meter Tiefe abschätzt. Besonders im Fokus standen die sogenannten Devonkalke – Sedimentgesteine, die vor rund 400 Millionen Jahren entstanden sind und in Nordrhein-Westfalen nördlich der Linie Aachen–Düsseldorf–Arnsberg verbreitet vorkommen. Die Analysen zeigen, dass die Kalkgesteine im Raum Iserlohn ausreichend rissig und porös sind, um Tiefenwasser zu speichern und zu transportieren – eine zentrale Voraussetzung für die geothermische Nutzung über Tiefenbohrungen.
Potenzial für kommunale Wärmeplanung
Die Modellrechnungen ergeben, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von über 90 Prozent Wärmemengen von mehr als 87 Terajoule im Untergrund von Iserlohn vorhanden sind. Das entspricht ungefähr dem jährlichen Wärmebedarf von rund 1.500 Haushalten. Besonders hohe Werte treten dort auf, wo die Devon-Kalkgesteine größere Mächtigkeiten und höhere Temperaturen erreichen.
Damit liefert die Studie wichtige Grundlagen für kommunale Wärmeplanung und zukünftige Geothermieprojekte. Gleichzeitig stellt sie einen methodischen Ansatz zur geologischen, chemischen und petrophysikalischen Bewertung komplexer Kalksteinsysteme bereit, der künftig auch auf andere Regionen in Nordrhein-Westfalen übertragen werden kann.
Forschungskooperation und Projektumfeld
Die Untersuchung entstand in Zusammenarbeit mit der Ruhr-Universität Bochum und der Technische Hochschule Georg Agricola. Veröffentlicht wurde sie unter dem Titel „Geothermal potential of karstified Devonian carbonates in NW Germany“ in der Fachzeitschrift Geothermics.
Gefördert wurde die Studie durch das Reallabor Geothermie Rheinland im Rahmen eines Projekts von Bund und Land Nordrhein-Westfalen. Die Forschungsplattform untersucht die hydrothermale Geothermie im Rheinland unter anderem durch tiefe Forschungsbohrungen und geophysikalische Messungen. Ziel ist es, langfristig eine verlässliche Datenbasis für Energieversorger, Projektentwickler und Kommunen zu schaffen und den Ausbau der Geothermie in Nordrhein-Westfalen zu beschleunigen.
