SI/502503

Publikationen / Ergebnisse

Am Flughafen Zürich soll ein grosser Wärme- und Kälte-Aquiferspeicher in einer ca. 300 m tiefen quartären Rinne erstellt werden. Die Erkundungen mit Geophysik und Sondierbohrungen haben gezeigt, dass in den tiefen Bereichen der Rinne durchlässige Schichten vorliegen. Auf Grund der Rinnenform sowie des vermutlich hohen Alters und geringen Neubildung der tiefen Grundwässer wird erwartet, dass der Grundwasserfluss gering ist. Entsprechend gut eignen sich diese tiefen Schotterlagen für die Wärme- und Kältespeicherung, welche bisher nicht genutzt werden. Es gibt im Schweizer Mittelland mehrere solcher tiefen quartären Rinnen, die ein ähnliches Potential aufzeigen. Diese tiefen Aquifere wurden bisher nicht systematisch erkundet und getestet. Am Flughafen Zürich wird im Rahmen eines Leuchtturm-Pilotprojekts, welches vom Bundesamt für Energie (BFE) gefördert wird, die Rinne mit verschiedenen und neuen geophysikalischen Methoden, sowie einem auf diese Tiefen angepassten Sondier- und Bohrkonzept untersucht und erschlossen. Bei erfolgreichem Nachweis soll ein Grossspeicher mit einem langjährigen Monitoring erstellt werden. Das Pilotprojekt soll die Entwicklung von grossen Wärme-Kälte-Speichern in diesen tiefen Grundwasserleitern vorantreiben. Auf Grund fehlender Untergrunddaten wurde in einer ersten Phase die Lage, Form und Tiefe sowie der interne Aufbau der quartären Rinne mit geophysikalischen Methoden erkundet. Im September und Oktober 2022 erfolgten die Messungen. Es kamen drei Methoden zum Einsatz: die Reflexionsseismik, die passive Seismik und die ERT (Elektrische Resistivitäts Tomographie). Die passive Seismik und ERT wurden ins Messprogramm aufgenommen, da im Rahmen von Förderbeiträgen durch das BFE auch neuere, weniger aufwändige und bisher unübliche Methoden getestet werden sollten. Die reflexionsseismischen Messungen erfolgten entlang von 5 Linien längs und quer über das Flughafengelände mit einer totalen Länge von 12.75 km. Für die passive Seismik wurden 3 NNE-SSE verlaufende Linien quer zur quartären Rinne gewählt. Diese weisen eine totale Länge von 5.38 km auf. Entlang von 2 ERT-Linien mit total 5.72 km Länge wurde die Tauglichkeit der ERT Methode hinsichtlich der Erkundung von tiefen Rinnen überprüft. Mit Hilfe der Reflexionsseismik konnten die Erkundungsziele erreicht werden. Die Lage, Tiefe und Geometrie der Rinne sowie deren interner Aufbau konnten gut abgebildet werden und somit Bohrziele für die nachfolgenden Sondierungen definiert werden. Die maximale Tiefe der Rinne konnte auf ca. 300 m definiert werden. Die passive Seismik und ERT bestätigen und festigen die Messergebnisse der Reflexionsseismik. Es hat sich aber gezeigt, dass die Auflösungsgenauigkeit bzw. die Tiefenabdeckung der beiden alternativen Methoden jeweils zu gering war, um basierend auf diesen allein eine aussagekräftige Interpretation und Bohrzieldefinition vorzunehmen. Da bisher keine Bohrung die tieferen Bereiche der Rinne erbohrt hat, der lithologische Aufbau der Rinne sowie deren genaue Tiefe unbekannt waren, wurde entschieden, mit drei einfachen und günstigen Sondierbohrungen zu starten. Diese hatten zum Ziel, aufgrund der geophysikalischen Untersuchung vermutete tiefliegende, durchlässige und wasserführende Schichten / Schotterlagen in der Rinne nachzuweisen. Zudem sollten diese Bohrungen notwendige geologische Daten für die Planung eines Testbrunnens liefern und helfen, den besten Standort zu wählen. Im Juni und Juli 2023 wurden über das Flughafengelände verteilt, drei bis zu 346 m tiefe Sondierbohrungen entlang der quartären Rinne erstellt. Diese wurden destruktiv mit einer Ton-Polymer-Wasser-Spülung und einem Durchmesser von 152 mm gebohrt. Die Bohrungen haben unter mächtigen Stillwasserablagerungen / Seetonen je zwei Schotterlagen mit einer totalen Mächtigkeit von 42 bis 56 m an der Basis der Rinne erbohrt. In diesen erfolgten deutliche Spülverluste. Das Probenmaterial deutet auf sehr durchlässige Kiese hin. Die Basis der Rinnensedimente bzw. das Top der Molasse wurde im südlichen Rinnenbereich bei 105 m ü. M. und im Norden bei 153 m ü. M. angetroffen. Eine Vertiefung der Rinne nach Süden wurde auch aufgrund der Befunde der Seismik interpretiert. Die angebohrten Lithologiegrenzen und Rinnenbasis korrelieren gut mit der Reflexionsseismik. Jede Bohrung wurde mit einem 2" Stahlrohr ausgebaut, welches im unteren Bereich über eine Länge von 6 m eingefräste Schlitze aufweist. Der Ringraum oberhalb der basalen Schotterlagen wurde bis zur Geländeoberkante mit einer Zementsuspension hinterfüllt. Einfache Auffüllversuche im 2"-Rohr zeigten bei der südlichsten Bohrung, dass eine Wasserzugabe von ca. 206 l/min keinen nennenswerten Anstieg des tiefen Schotter-Grundwasserspiegels erzeugte. Abgeleitete hydraulische Durchlässigkeiten liegen bei 10-4 bis 10-5 m/s. Da die Bohrung nicht entsandet und der Filterkuchen nicht entfernt wurde, sowie nur eine kurze Filterstrecke mit wenigen Filterschlitzen eingebaut wurde, dürften die Durchlässigkeitsbeiwerte tatsächlich deutlich grösser / besser sein. Wird das geothermische Potential des vorgesehenen Testbrunnens mit den ermittelten Werten berechnet, so werden rund 4-8 Brunnen für die Einspeicherung von 14 GWh benötigt. Das angetroffene Potential übertrifft die vorweg gemachten Annahmen. Die Sondierbohrungen haben den Nachweis erbracht, dass die erhofften, basalen durchlässigen Schichten mit einer grösseren Mächtigkeit als angenommen vorliegen. Ein Testbrunnen ist somit gerechtfertigt und bereits in Planung, resp. bereits ausgeschrieben.