SI/502685

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Die unterirdische Wärmespeicherung gilt als eine der vielversprechendsten Alternativen im Hinblick auf die Energiewende und stößt angesichts der bereits weit verbreiteten Nutzung von geothermischen An-lagen im Land auf großes Interesse. Im Falle von einem hohen Energiebedarf werden in der Regel Hochtemperatur Erdsonden-Wärmespeicher (HT-BTES) eingesetzt. Sie nutzen den Untergrund als Wärmetauscher, um je nach Jahreszeit Wärme zu speichern und zurückzugewinnen, wobei der Boden als thermische Batterie dient. Zu den Energiequellen gehören beispielsweise Abwärme aus Kehrricht-verbrennungsanlagen oder aus Kühlanlagen sowie der im Sommer aufgefangene Energieüberschuss aus Solaranlagen. Diese Abwärme kann dann in den Untergrund zurückgeführt werden, damit diese in den kalten Jahreszeiten zur Verfügung steht. HT-BTES-Systeme zeichnen sich durch einen geschlossenen Kreislauf aus, d. h. es findet kein direkter Wasseraustausch mit dem Untergrund statt. Stattdessen besteht das System aus mehreren Bohrlöchern, die jeweils mit einer unabhängigen Rohrschleife ausgestattet sind, durch die das Wasser zirkuliert und Wärme mit dem umgebenden Boden/Gestein ausgetauscht wird. Eine solche Anlage wurde kürzlich im Rahmen der Renovierung des Empa-Eawag-Forschungscampus in Dübendorf (Schweiz) gebaut. Sie besteht aus insgesamt 144 Erdsonden von je 100 m Tiefe, die sich in der Nähe des neuen Parkhauses befinden. Dabei können dem Speicher Temperaturen bis zu 65 ºC zugeführt werden, was zu erwarteten Änderungen der Grundwassertemperatur von etwa 50 ºC führt. Es ist jedoch noch nicht klar, wie diese Temperaturunterschiede auf den herumliegenden Leiter in Bezug sowohl auf die Grundwassereigenschaften wie auch auf den Untergrund als Ökosystem für viele Lebewesen und Mikroorganismen auswirken. Im Projekt ARTS (Aquifer Reaction to Thermal Storage) tragen wir zur Entwicklung umweltfreundlicherer und nachhaltigerer Energiequellen bei, indem wir die Auswirkungen von unterirdischen Wärmespeicherung auf die Umwelt untersuchen. Auf diese Weise können bessere Strategien für ihre Umsetzung vorgeschlagen werden. Forschende aus verschiedenen Gruppen an der Eawag untersuchen die Reaktion des Grundwasserleiters auf die mit dem Betrieb des Erdsondenfelds verbundenen zyklischen Temperaturschwankungen im Untergrund. Neben einem umfassenden Verständnis der lokalen Grundwasserströmung befassen wir uns mit den Auswirkungen der Temperaturänderungen auf die Hydrogeochemie, die Mikrobiologie und das mikrobielle Verhalten, sowie auf die Zusammensetzung der im Untergrund lebenden Fauna. Zu diesem Zweck wurde eine umfangreiche Feldarbeitskampagne ausgearbeitet. Sie umfasst sowohl eine kontinuierliche Überwachung vor Ort als auch zusätzliche regelmäßige Probenentnahme an drei in der Nähe der Anlage installierten Beobachtungsstationen. Die Ergebnisse aus der Überwachung werden für die Erstellung und Kalibrierung eines numerischen Modells (digital twin) verwendet, welches eine genaue Darstellung der hydrobiogeochemischen Prozesse im Untergrund ermöglicht. Das Modell wird ebenfalls für die langfristige Vorhersage des Verhaltens des Grunwasserleiters unter künftigen Betriebsbedingungen des Erdsondenfelds eingesetzt, was zur Optimierung seines Betriebs beiträgt. Im ersten Projektjahr zählen das Einrichten der Beobachtungsstationen und die Auswahl von geeigneten Protokollen für die Probenentnahme zu den wichtigsten Meilensteinen. Drei Beobachtungsbrunnen wurden erstellt und eingerichtet. Sie liegen strategisch unmittelbar neben des Erdsondenfelds sowie abwärts und aufwärts in Grundwasserfliessrichtung. Anfangs Juli 2024 haben wir ebenfalls mit der Probenentnahme für zahlreichen Laboranalyse im Bereich Wasserchemie, Mikrobiologie, und DNA-Spuren (eDNA) begonnen. Die ersten Ergebnisse zeigen bereits ein sehr heterogenes Bild zwischen den beiden Hauptlithologien im Projektgebiet sowie zwischen den drei Beobachtungsstationen. Dies wird sowohl durch die anhaltenden anoxischen Bedingungen in den oberen Seeablagerungen abwärts der Anlage in Fliessrichtung als auch durch das Vorhandensein von stark alkalischem Grundwasser im tieferen Mo-lasse deutlich. Die Hauptprojektziele für die kommenden Monate umfassen die Fortsetzung der Überwachungsaktivitäten, um eine Basislinie des Grundwasserverhaltens im Laufe von einem Jahr zu erhalten. Damit wird ein Verständnis allfälliger saisonaler Änderungen in den untersuchten Prozessen vor der Inbetriebnahme des Erdsondenfelds gewonnen.