Tiefer Untergrund Erkundungstechnologien -Möglichkeiten und Grenzen

Prof. Dr. Ugur Yaramanci Geoforum Raumordnung für den tiefen Untergrund Deutschlands

11.11.2013, Hannover Akademie für Geowissenschaften und Geotechnologien

Kenntnisstand über den tiefen Untergrund ? Erkundungsbedarf für den tiefen und flachen Untergrund ?

Fragen … ?

Kenntnisstand über den tiefen Untergrund ? Erkundungsbedarf für den tiefen und flachen Untergrund ? Stand der Erkundungstechnologien ? Möglichkeiten und Grenzen ? Welche Erkundung für welche Nutzung ? Anforderungen der Raumordnung und Raumplanung ?

Fragen … ?

Kenntnisstand über den tiefen Untergrund ? Erkundungsbedarf für den tiefen und flachen Untergrund ? Stand der Erkundungstechnologien ? Möglichkeiten und Grenzen ? Welche Erkundung für welche Nutzung ? Anforderungen der Raumordnung und Raumplanung ? Was müssen wir über den Untergrund wissen ? Wie genau können wir dieses wissen ? Wie können wir dieses Wissen nutzbar darstellen ?

Fragen … ?

Erkundung von Geometrie - Geologische Einheiten - Schichtverläufe, -mächtigkeiten, -ausbreitung - Homogenität der geologischen Einheiten Erkundung von Eigenschaften - Lithologische Eigenschaften - Geophysikalische und geochemische Eigenschaften - Besondere Strukturparameter Überwachung - Zeitliche Änderungen - Prozessabläufe

Erkundung

?

Geomagnetik (Magnetisierbarkeit)

Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

Geomagnetik (Magnetisierbarkeit)

Gravimetrie (Dichte)

Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

Geomagnetik (Magnetisierbarkeit)

Gravimetrie (Dichte)

Seismik (Elastizität)

Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

Geomagnetik (Magnetisierbarkeit)

Gravimetrie (Dichte)

Seismik (Elastizität)

Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

Geomagnetik (Magnetisierbarkeit)

Gravimetrie (Dichte)

Seismik (Elastizität)

Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

Geoelektrik & Elektromagnetik (Elektrische Leitfähigkeit)

Geomagnetik (Magnetisierbarkeit)

Gravimetrie (Dichte)

Seismik (Elastizität) Geoelektrik & Elektromagnetik

(Elektrische Leitfähigkeit)

Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

Abgebildete physikalische Eigenschaften Geologie Lithologische Eigenschaften Wie tief ? Was detektiert ? Welche Auflösung ? Wie genau ? Welche Eigenschaften ?

Geologisches Modell

Geothermie-Atlas zur Darstellung möglicher Nutzungskonkurrenzen

zwischen CCS und Tiefer Geothermie

Methode und Ergebnisse

Suchi, E. 1, Dittmann, J.2, Knopf, S. 2, Müller, C. 2, Schulz, R. 1

1 Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG) 2 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)

Gefördert durch

Datengrundlage

► Ergebnis:

„Geothermie-Atlas“

4 thematische Karten im Maßstab 1:1 000 000 (analog) + Bericht

Speicher-Kataster Geothermisches

Informationssystem

Methode

Verschneidung der Aquifere und der Speicher-Barriere-Komplexe ►

Zunächst getrennte Bearbeitung Geothermie / CO2-Einlagerung ►

Potenzialgebiete Geothermie

Kriterien – Tiefe Geothermie

* Kriterien, die aufgrund der heterogenen Datenlage und der regional und faziell stark schwankenden Kennwerte nicht konsequent berücksichtigt werden konnten

ROCKEL & SCHNEIDER (1992); ROCKEL et al. (1997); HUENGES et al. (1999); JUNG et al. 2002; PASCHEN et al. (2003) bzw. CHADWICK et al.( 2008); MÜLLER & REINHOLD (2011).

Geothermie CO2-Einlagerung

(hydrothermisch) (petrothermisch) Speicher Barriere

Lithologie poröse, klüftige Sandsteine oder

Karbonate

Magmatite, Metamorphite oder dichte Sediment-

gesteine

poröse Sandsteine (teils Karbonate)

Tongestein und Salz

Mächtigkeit > 20 m - > 10 m > 20 m

Temperatur > 60 °C bzw. > 40 °C (Mitteltiefe Geothermie)

> 100 °C - -

Tiefenlage unter Geländeoberkante

< 7000 m ab 3000 m < 7000 m

Top > 800 m Basis > 800 m

Porosität > 20 % * - > 10 % * -

Permeabilität > 500 mD bzw.15 l/s * - > 10 mD * -

Kompilation der Potenzialgebiete für die Geothermie

(zusammengestellt und verändert nach verschiedenen Autoren) © 2006 - Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

A unmittelbar verfügbar

Kompilation der Potenzialgebiete für die Geothermie

(zusammengestellt und verändert nach verschiedenen Autoren) © 2006 - Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

B zukünftig verfügbar

bzw. geothermischer Gradient

Kompilation der Potenzialgebiete für die Geothermie

(zusammengestellt und verändert nach verschiedenen Autoren) © 2006 - Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

C zukünftig verfügbar

© 2006 - Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (zusammengestellt und verändert nach verschiedenen Autoren)

Kompilierte Darstellung des gesamten geothermischen Potenzials D Kompilation

A-C

Kriterien – CO2-Einlagerung

* Kriterien, die aufgrund der heterogenen Datenlage und der regional und faziell stark schwankenden Kennwerte nicht konsequent berücksichtigt werden konnten

ROCKEL & SCHNEIDER (1992); ROCKEL et al. (1997); HUENGES et al. (1999); JUNG et al. 2002; PASCHEN et al. (2003) bzw. CHADWICK et al.( 2008); MÜLLER & REINHOLD (2011).

Geothermie CO2-Einlagerung

(hydrothermisch) (petrothermisch) Speicher Barriere

Lithologie poröse, klüftige Sandsteine oder

Karbonate

Magmatite, Metamorphite oder dichte Sediment-

gesteine

poröse Sandsteine (teils Karbonate)

Tongestein und Salz

Mächtigkeit > 20 m - > 10 m > 20 m

Temperatur > 60 °C bzw. > 40 °C (Mitteltiefe Geothermie)

> 100 °C - -

Tiefenlage unter Geländeoberkante

< 7000 m ab 3000 m < 7000 m

Top > 800 m Basis > 800 m

Porosität > 20 % * - > 10 % * -

Permeabilität > 500 mD bzw.15 l/s * - > 10 mD * -

Untersuchungswürdige Gebiete für CO2-Einlagerung

SBK 9 SBK 3…8

SBK 1

=

+

+

+

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

SBK 2

Darstellung untersuchungswürdiger Gebiete zur CO2-Einlagerung 9 Speicher-Barriere-Komplexe werden

kompiliert als eine Schicht dargestellt Stratigraphie: Rotliegend bis Kreide

CCS CO2-Einlagerung

Darstellung Karte D (Kompilation der Karten A-C)

Karte D untersuchungswürdiges Gebiet

für eine CO2-Einlagerung nachgewiesenes hydrothermisches Potenzial vermutetes hydrothermisches Potenzial petrothermisches Potenzial aus EGS

zeitliche Verfügbarkeit: unmittelbar und zukünftig

Nutzungsoptionen von CO2-Einlagerung und Geothermie nach Flächenanteil

Ausblick

Der „Geothermie-Atlas“ ist eine erste naturwissenschaftliche Grundlage für Entscheidungen über die Nutzung des tieferen Untergrunds.

Eine detailliertere Erfassung erfordert Karten mit größeren Maßstäben und die Erhebung zusätzlicher geotechnischer Informationen.

Die Methode des Geothermie-Atlasses kann auch auf andere Nutzungen übertragen werden.

Um verschiedene Horizonte in unterschiedlichen Tiefen zu berücksichtigen, sollten in Zukunft anstelle von projizierten 2D-Karten 3D-Untergrundmodelle eingesetzt werden. (siehe www.geotis.de)

Für eine vergleichende Bewertung der Nutzungsarten und eine mögliche Ausweisung von Vorzugsgebieten müssen zusätzliche geotechnische Kriterien und weitere Aspekte berücksichtigt werden.

Für den Einzelfall sind detaillierte Machbarkeitsstudien erforderlich.

Geothermie-Atlas zur Darstellung möglicher Nutzungskonkurrenzen

zwischen CCS und Tiefer Geothermie

Zusammenfassend:

Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen …..

Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat !

Zusammenfassend:

Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen …..

Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat !

Eine raumdeckende homogene Erkundung als Basis für einzelne explizite Nutzungsentscheidungen und Abwägung der Nutzungskonflikte bzw. –gefährdungen ist räumlich, zeitlich und finanziell kaum realisierbar !

Zusammenfassend:

Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen …..

Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat !

Eine raumdeckende homogene Erkundung als Basis für einzelne explizite Nutzungsentscheidungen und Abwägung der Nutzungskonflikte bzw. –gefährdungen ist räumlich, zeitlich und finanziell kaum realisierbar ! Schlussfolgernd:

Die Raumplanungen und eine Raumordnung für den tiefen Untergrund haben den Erkundungsgrad und die Möglichkeiten und Grenzen der Erkundungstechnologien zu berücksichtigen.

Zusammenfassend:

Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen …..

Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat !

Eine raumdeckende homogene Erkundung als Basis für einzelne explizite Nutzungsentscheidungen und Abwägung der Nutzungskonflikte bzw. –gefährdungen ist räumlich, zeitlich und finanziell kaum realisierbar ! Schlussfolgernd:

Die Raumplanungen und eine Raumordnung für den tiefen Untergrund haben den Erkundungsgrad und die Möglichkeiten und Grenzen der Erkundungstechnologien zu berücksichtigen.

Der notwendige Erkundungsgrad ist seitens Raumplanung und Raumordnung zu definieren !

Zusammenfassend:

Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen …..

Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat !

Eine raumdeckende homogene Erkundung als Basis für einzelne explizite Nutzungsentscheidungen und Abwägung der Nutzungskonflikte bzw. –gefährdungen ist räumlich, zeitlich und finanziell kaum realisierbar ! Schlussfolgernd:

Die Raumplanungen und eine Raumordnung für den tiefen Untergrund haben den Erkundungsgrad und die Möglichkeiten und Grenzen der Erkundungstechnologien zu berücksichtigen.

Der notwendige Erkundungsgrad ist seitens Raumplanung und Raumordnung zu definieren !

Demnach sind Erkundungstechnologien weiter und neu zu entwickeln, auf spezielle Geologien und Nutzungen zu adaptieren und zu spezifizieren.

Geomagnetik (Magnetisierbarkeit)

Gravimetrie (Dichte)

Seismik (Elastizität) Geoelektrik & Elektromagnetik

(Elektrische Leitfähigkeit)

Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

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