Bewertungsverfahren zur ökologisch verträglichen Nutzung von Erdwärmespeichern in Süßwasseraquiferen

Im Zuge der Energiewende von fossilen zu klimaneutralen Energien nimmt die Bedeutung des Grundwassers zur unterirdischen thermischen Energiespeicherung (UTES) und zur Gewinnung von Wärme oder Kälte stetig zu. Für im natürlichen Zustand befindliches Grundwasser in Lockergesteinen von Deutschland wurde bislang nicht hergeleitet, bis zu welchen Temperaturschwellen thermische Auswirkungen geringfügig sind. Ziel der Studie war, Schwellenwerte abzuleiten, innerhalb derer eine geothermische Bewirtschaftung dieses Grundwassers verträglich für seine Beschaffenheit und das Ökosystem ist.

Hierzu wurden grundwasserhydraulische und hydrochemische Prozesse untersucht und zusammen mit ökologischen Aspekten bewertet. Am Beispiel von Grundwässern aus verschiedenen Regionen illustrieren thermodynamische Rechnungen Einflüsse der Temperatur auf die geochemische Speziierung u. a. von relevanten Mineralphasen. Die ausgewertete Literatur zeigt, dass einige Arten der untersuchten Grundwasserfauna in oberflächennahen, oxischen Grundwasserräumen auf geringe Temperaturänderungen empfindlich reagieren. Hydrogeochemische Lösungs- und Fällungsvorgänge werden hingegen erst bei höheren Temperaturen merklich beeinflusst. Mikrobiome erweisen sich als resilienter, jedoch ändern sich Artenspektrum und dominante Stoffwechselprozesse mit steigender Temperatur.

Die Studie empfiehlt eine Differenzierung des Ökosystems Grundwasser in salzarme und -reiche Habitate sowie in oxische und anoxische Habitate. Aufgrund der unterschiedlichen Sensitivität der Biome ist die als geringfügig tolerierbare Temperaturspreizung in oxischen Süßwasser-Grundwasserräumen stärker einzuschränken als in anoxischen Grundwasserräumen. Es wird ein fünfstufiges Prüfschema vorgeschlagen, um die thermischen Auswirkungen von UTES-Anlagen einzuordnen.

Wir danken dem Umweltbundesamt für finanzielle und fachliche Unterstützung, sowie den Beteiligten im Begleitkreis für die fachliche Auseinandersetzung mit dem komplexen Thema. Ein herzliches Dankeschön den Mitautoren Kai-Uwe Ulrich und Dieter Poetke sowie unseren Kollegen Wolfram Canzler, Bernd Schreiber, Adrian Horn, Ina Hildebrandt und Volker Jungk.

Den Artikel zur nachhaltigen thermischen Nutzung von Süßwasseraquiferen können Sie beim Springer-Verlag online beziehen.