Technisches Forum Entsorgungsnachweis

Frage 27: Langzeitszenario: Erdwärme

Langzeitszenarien(IV):

Wäre es denkbar, dass sich in Zukunft um das Endlager eine positive geothermische Anomalie entwickeln könnte, welche von der Erdoberfläche her feststellbar sein wird und dadurch die Nutzung der Erdwärme an dieser Lokalität als besonders vorteilhaft erscheinen lassen könnte?

Thema Bereich
Eingegangen am 23. Dezember 2005 Fragende Instanz Vertreter des Kantons Schaffhausen
Status beantwortet
Beantwortet am 23. Dezember 2005 Beantwortet von

Beantwortet von Nagra

Es ist richtig, dass aufgrund der Wärmeleistung insbesondere der eingelagerten abgebrannten Brennelemente eine thermische Anomalie in der Umgebung des geologischen Tiefenlagers entstehen wird (siehe Bericht „Calculations of the temperature evolution of a repository for spent fuel, vitrified high-level waste and intermediate level waste in Opalinus Clay”, NTB 01-04). Der durch das geologische Tiefenlager verursachte zusätzliche Wärmefluss durch die obere Grenze des Wirtgesteins erreicht maximal etwa die Grössenordnung des natürlichen Wärmeflusses im Zürcher Weinland (ca. 0.1 W/m2) und nimmt nachher ab. Da die Wärmequelle im Wirtgestein liegt, unterscheidet sich die Form der Anomalie stark von derjenigen einer natürlichen Situation. Jede einfache Temperaturmessung in einer Bohrung (Temperatur-Log) würde einem Experten zeigen, dass es sich um eine künstlich erzeugte Anomalie handeln muss.

Prinzipiell kann eine solche Anomalie von der Oberfläche aus nur mit Explorationsbohrungen gefunden werden. Geothermische Nutzungen in Tiefen von mehr als 200-300 m basieren heute auf dem Prinzip des Hot-Dry-Rock Verfahrens und zielen auf Temperaturen von ca. 200°C, da ansonsten der Wirkungsgrad zur Erzeugung von elektrischer Energie aus der gewonnenen thermischen Energie zu gering ist. Einige Pilotprojekte (z.B. GFZ Potsdam) untersuchen zur Zeit auch die Nutzung von Temperaturen um ca. 140°C, aber dies scheint der absolut untere Grenzwert für eine Nutzung darzustellen, da die Pumpen bei dieser Temperatur fast soviel elektrische Energie verbrauchen, wie gewonnen werden kann. Sollte an einem Standort eine Nutzung der Erdwärme geplant werden, so orientiert man sich zunächst an Störungen (siehe z.B. Bohrungen im Rheingraben – Basel, Soultz-sur-Foret, Bruchsal etc.), um erstens einen erhöhten Wärmefluss aus dem Grundgebirge zu erhalten und zweitens um ein natürliches Kluft- /Störungssystem zu besitzen, welches als Wärmetauscher genutzt und mit Hydraulic Fracturing erweitert werden kann. Eine weitere Möglichkeit wäre die Nutzung von Speichergesteinen mit hoher Porosität und hoher Durchlässigkeit (z.B. mächtige Sandsteinabfolgen in grösserer Tiefe).

Im Zürcher Weinland gibt es solche Sandsteine in ausreichender Mächtigkeit und Tiefe nicht. Störungen (z.B. Neuhauser Störung und Randstörungen des Permokarbontrogs) wird mit dem Endlager prinzipiell ausgewichen, so dass es äusserst unwahrscheinlich ist, dass jemand auch nur eine geothermische Explorationsbohrung im direkten Endlagergebiet abteufen wird. Sollte trotzdem eine Erkundungsbohrung abgeteuft werden, wird aufgrund der Datenlage (Temperaturmaximum in einem sehr dichten Tonstein mit geringer thermischer Leitfähigkeit, sehr langsamer Temperaturangleich nach einer Störung wie sie z.B. durch den Bohrvorgang selbst erzeugt wird) sehr schnell klar, dass diese Energie nicht nutzbar ist. Ein Wärmetauscher in einem solchen Gebirge ist sehr ineffektiv, da kein Wasserfluss und damit keine konvektiver Wärmetransport möglich und die Wärmeleitung gering ist, und damit das Gebirge in unmittelbarer Nähe der Bohrung sehr schnell ausgekühlt würde. Eine dauerhafte Stimulierung eines Tonsteins durch Fracturing ist auch bei Nutzung von Stützmitteln nicht möglich, da der Tonstein kriecht und Selbstabdichtungseigenschaften besitzt.

Spätestens nach dem Abteufen einer eher unwahrscheinlichen Erkundungsbohrung würde ein solches Vorhaben gestoppt werden. Selbst wenn diese Bohrung einen Kanister direkt anbohren würde, könnten die Schutzziele eingehalten werden, wie in einem entsprechenden Szenario im NTB 02-05 (human intrusion scenario) gezeigt wurde.