Der Vulkan ist angezapft

In Island haben Geologen 4,7 Kilometer weit in die Tiefe gebohrt. Es könnte der Weg zu einer völlig neuen Energiequelle sein.

Der Bohrturm des Iceland Deep Drilling Project auf der isländischen Halbinsel Reykjanes sieht von weitem aus wie eine herkömmliche Anlage, mit der nach Öl oder Gas gesucht wird. Foto: Statoil

Der Bohrturm des Iceland Deep Drilling Project auf der isländischen Halbinsel Reykjanes sieht von weitem aus wie eine herkömmliche Anlage, mit der nach Öl oder Gas gesucht wird. Foto: Statoil

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Dieser Thor ist keine nordische Gottheit. Er ist ein Bohrturm. Er steht auf der ­Reykjanes-Halbinsel, einem Teil Islands, wo etwa alle 1000 Jahre ein Vulkan ausbricht. Äusserlich gleicht der Bohrturm anderen Anlagen, die nach Öl und Gas suchen: ein 140 Meter hohes Ungetüm aus weiss lackiertem, etwas rostigem Stahl, daran befestigten Leitungen und einer Bühne zum Herablassen von Rohren. Thor soll ein Loch graben, fast fünf Kilometer tief ins schwarze Basaltgestein der Halbinsel. Zwar gibt es schon viele Hundert Bohrlöcher auf der Vulkaninsel. Diese zapfen bislang aber nur das natürliche warme Wasser im Untergrund an. Das neue Loch ist ein technisches Wagnis: Nie zuvor stiessen Ingenieure so tief in eine derart heisse Region der Erdkruste vor.

Das Iceland Deep Drilling Project (IDDP) ist ein Experiment, finanziert von mehreren Energieunternehmen und aus Forschungsmitteln der EU und der USA. Projektleiter Gudmundur Fridleifsson zeigt auf drei haushohe Behälter neben dem Turm, aus denen gerade Zement in die Tiefe gepumpt wird, um die Wand des Bohrlochs zu stabilisieren. «Wir haben aus unseren bisherigen Erfahrungen gelernt», sagt Fridleifsson, der zuvor bereits einige gewagte Bohrversuche unternommen hat. Eine der Erfahrungen ist: Es sind absurde Mengen Zement nötig.

Verunglücktes Bohrloch

Der erste Fehlschlag im heissen Vulkangestein liegt mehr als zehn Jahre zurück. Damals war ein Bohrloch einfach in sich zusammengefallen, vielleicht wegen des allzu bröseligen Gesteins, das seitdem mit Zement stabilisiert wird. Im Jahr 2008 folgte der zweite Versuch, im Vulkangebiet Krafla im Nordosten ­Islands über 4 Kilometer tief zu bohren – und die Forscher scheiterten noch spektakulärer. In 2,1 Kilometer Tiefe frass sich der Bohrmeissel fest. Die Arbeiter versuchten weiterzubohren, aber vergebens. Schliesslich zogen sie den Meissel an die Oberfläche und entdeckten an dessen mit Industriediamanten besetzten Zähnen vulkanisches Glas: Magma, das im Kontakt mit dem eingeleiteten Kühlwasser erkaltet war.

Das Kühlwasser sollte den Meissel von extremen Temperaturen abschirmen, bei denen sogar Stahl weich werden kann. Das Team hatte in eine ungewöhnlich flache Magmaader gebohrt, die mit 900 Grad Celsius viel zu heiss ist, um sie dauerhaft zu nutzen. Zwar gelang es den Ingenieuren mehr als ein Jahr lang, aus dem verunglückten Bohrloch Wasserdampf zu gewinnen, am Ende versagte jedoch ein Ventil. Um eine Explosion zu verhindern, fluteten die Ingenieure ihr Loch mit kaltem Wasser und zerstörten damit den bis dahin heissesten Erd­wärmebrunnen.

Kühlwasser verschwand

Der aktuelle Versuch des IDDP findet nicht weit von Islands Hauptstadt Reykjavik statt – und liesse sich ebenfalls als anspruchsvoll bis waghalsig beschreiben: Von einer Tiefe von 3 Kilometern an konnte die Bohrmannschaft die Neigung des Lochs kaum noch kontrollieren, schlicht weil die für die Positionierung üblichen elektronischen Sensoren oberhalb von 200 Grad Celsius versagen. Zudem verschwand im Lauf der Bohrzeit von 168 Tagen immer wieder ein Teil des Kühlwassers seitlich in Rissen des Gesteins.

Nach sechs Monaten hat Thor sein Ziel dennoch erreicht: Es ist das tiefste Loch in einem aktiven Vulkangebiet, mit einer Länge von 4659 Metern. «Alle anfänglich gesetzten Ziele sind erreicht worden», heisst es in einer Pressemitteilung des Konsortiums. Am Schlusspunkt der Bohrung trafen die Geologen wie erhofft auf 427 Grad heisses Wasser bei einem Druck von kaum vorstellbaren 340 Bar.

Flüssig und gasförmig zugleich

Zum ersten Mal überhaupt erschliesst damit eine Erdwärmebohrung Wasser in einem seltenen Aggregatzustand: Es ist überkritisch, besitzt also gleichzeitig Eigenschaften einer Flüssigkeit und eines Gases. Bislang für tiefes Gestein nur theoretisch vorhergesagt, ist es der erste Vorstoss zu einer womöglich lukrativen Energiequelle. Denn überkritisches Wasser könnte rund zehnmal so viel Energie an die Oberfläche bringen wie gewöhnliches Thermalwasser oder Dampf.

Diese Aussicht rüttelt die gesamte Erdwärmebranche auf. Überall dort, wo vulkanische Energie im Untergrund schlummert, könnte sich Thors Technik einsetzen lassen. Die Geothermie erbringt heute weltweit eine elektrische Leistung vergleichbar mit 13 Atomkraftwerken. Mit der neuen Technik liesse sich womöglich ein Vielfaches davon erreichen.

Schon in Island wird es allerdings nicht ganz einfach, den Schatz zu heben. Der extreme Druck des überkritischen Wassers wäre eine Tortur für die Rohre, Dichtungen und Ventile. «Wir haben derzeit auch keine Turbinen, die diesem Druck standhalten könnten», sagt Gudmundur Fridleifsson.

Deswegen wollen die Geologen auf der Reykjanes-Halbinsel vorsichtig voranschreiten. Sie pumpen derzeit kühles Wasser in die Tiefe, um das heisse Gestein abzuschrecken, damit es rissig und somit durchlässiger für Wasserdampf wird. Die Forscher hoffen, dass Dampf dann durch die neu entstandenen Spalten nach oben aufsteigt und wie eine heisse Herdplatte wirkt: Das könnte die konventionellen Bohrungen der Umgebung, die in einer Tiefe von rund zwei Kilometern unterwegs sind, befeuern. Deren Leistung geht seit Jahren zurück. Dank des heissen Zustroms aus der Tiefe könnten diese wieder profitabler werden. Das Verfahren könnte so auch anderswo in Island der Erdwärmegewinnung neuen Schwung geben. Noch erzeugt sie nur ein Fünftel der Elektrizität des Inselstaats.

Unerschöpfliche Wärmeenergie

Auch in Japan und Neuseeland gibt es bereits Pläne, überkritisches Wasser in Vulkangebieten anzuzapfen; die Ingenieure dort warten ungeduldig auf die Ergebnisse aus Island. Für sie gilt es, ein Problem der bisher gängigen Erdwärmebohrungen abzumildern: Während diese im Laufe der Nutzung nachlassen, könnte die enorme Wärmeenergie eines Vulkangebiets kaum durch den Menschen erschöpft werden. Viele Bohrlöcher, obwohl Dutzende Millionen Euro teuer, können maximal einige Jahrzehnte genutzt werden, bis sie leicht versetzt neu gebohrt werden müssen.

Auch auf der Reykjanes-Halbinsel hat der Druck in den konventionellen Bohrlöchern mit der Zeit nachgelassen, weil das Gebiet im Südwesten Islands stark genutzt wird. Das neue Verfahren könnte dieses Problem zumindest aufschieben, indem es wie ein Turbo für die existierenden Bohrungen wirkt.

Der Projektleiter der neuen Bohrung mahnt aber zur Vorsicht. Gudmundur Fridleifsson weiss, dass am Grund seiner Extrembohrung noch viel Unbekanntes lauert: Aus dem Wasser ausfallende ­Chemikalien könnten die Rohre verstopfen, oder feste Partikel könnten sie unter dem hohen Druck zersetzen. Auch kleine Erdbeben könnten entstehen, die massive Eingriffe ins Gestein verhindern.

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 29.08.2017, 18:43 Uhr

Island, das Labor für Klimatechnologie

Island ist ein Hoffnungsträger für Klima­forscher und Energieunternehmen. Der vulkanische Untergrund der Insel ist eine «chemische Fabrik», die das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) mit Spurenelementen in relativ kurzer Zeit in festes Karbonatgestein umwandelt. Das Verfahren – CO2 in Wasser lösen und in den porösen vulkanischen Basalt pumpen – könnte für ein Zürcher Spin-off nützlich sein. Das Unternehmen Climeworks wäscht CO2 aus der Luft und hat vor wenigen Monaten die weltweit erste kommerzielle Anlage in Hinwil eröffnet. Liesse sich das der Luft entzogene Treibhausgas im Untergrund speichern, könnte die Technologie einen wichtigen Beitrag leisten zur Reduktion von CO2. Climeworks will denn auch in Island Versuche unternehmen.

Auch die grösste Methanolfabrik steht in Island. Die Firma Carbon Recycling International stellt den Treibstoff her, indem Wasserstoff (H2) chemisch mit CO2 zu Methanol reagiert. H2 wird durch Elektrolyse von Wasser produziert. Der Strom dafür stammt aus Wasser- und geothermischen Kraftwerken. Das CO2 wird dem Dampf entzogen, der bei der Produktion von Wärme und Strom im Geothermiekraftwerk Svartsengi auf der Halbinsel Reykjanes entsteht. Die Wärmeenergie stammt ausschliesslich aus den heissen Wasserquellen im Untergrund. (lae)

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