Aachen - Erdwärme für das SuperC: Der Leuchtturm der Forschung

Erdwärme für das SuperC: Der Leuchtturm der Forschung

Von: Axel Borrenkott
Letzte Aktualisierung:
SuperC Erdwärme Bohrbeginn
„Erdwärme ist überall verfügbar”: Große Hoffnungen hatte nicht nur die frühere Landesregierung in die Nutzung von Tiefengeothermie gesetzt. Der damalige NRW-Energie-Minister Axel Horstmann (links) und RWTH-Rektor Burkhard Rauhut am 12. Juli 2004 beim Bohrbeginn am SuperC . Foto: dpa

Aachen. Das Gebäude „wird über einen geschlossenen Wasserkreislauf gekühlt und beheizt. So wird jährlich der Ausstoß von über 130 Tonnen Kohlendioxid vermieden. Die 450 Kilowattleistung der Anlage entspricht einem jährlichen Bedarf von 200 Einfamilienhäusern”. Das mit dem geschlossenen Wasserkreislauf stimmt.

Es kommt in Wirklichkeit nur weit weniger dabei herum als der Prospekt behauptet, der noch immer im Foyer des SuperC verteilt wird. So einiges hat nicht geklappt beim Vorzeigebau der RWTH. Und die Nutzung von Erdwärme aus der 2,5 Kilometer tiefen Bohrung hat die hoch gesteckten Erwartungen erst recht nicht erfüllt. Die RWTH möchte das Millionen-Loch dennoch als „Leuchtturmprojekt” gewertet wissen: wegen der wissenschaftlichen Erkenntnisse. Eine wirtschaftliche Energieversorgung sei nie das eigentliche Ziel gewesen. Das hörte sich aber mal ganz anders an.

„Hinter der gläsernen Hülle der zukunftsweisenden Architektur verbirgt sich auch faszinierende Hightech. Das SuperC wird durch Erdwärme beheizt, die im Rahmen eines Forschungsprojekts für diesen Zweck nutzbar gemacht wurde. Damit wollen wir als einzige Technische Hochschule Deutschlands einmal mehr ein Zeichen setzen für die ebenso ökologische wie ökonomische Ausrichtung richtungweisender Forschung.”

Ob der sonst so kühle Mathematiker Burkhard Rauhut im Jahr 2001 wenigstens geahnt hat, dass er seiner Zeit noch viel weiter voraus war als diese vollmundige Ankündigung ohnehin demonstriert? Wohlgemerkt: Es heißt, fünf Jahre vor Baubeginn, nicht „soll” oder „könnte” sondern: „wird beheizt”.

Jedenfalls ging der damalige Rektor der RWTH mit solchen Sätzen auf Spendenfang für das künftige Wahrzeichen der Hochschule. „Helfen Sie uns, das SuperC zu verwirklichen. Sie investieren damit in die Zukunft”, wirbt eine Broschüre prominent mit der Nutzung der Erdwärme.

Immerhin 5,5 Millionen Euro steuerten die Spender zu den am Ende gut 23 Millionen Euro Baukosten bei. Ein Teil davon wurde jüngst vom Landesrechnungshof als überteuert moniert, was mit dem Tiefengeothermieprojekt aber nichts zu tun hat. Das wurde mit Fördermitteln des Landes NRW (2,49 Millionen Euro), der EU (1,45 Millionen) und einem Eigenanteil der RWTH von 1,69 Millionen Euro finanziert.

Während damals die mehrfache Hervorhebung von „Forschung” die Legitimation des Vorhabens offenkundig erhöhen sollte, scheint der RWTH nun eher daran gelegen, das Ganze semantisch zum Forschungsprojekt herabzustufen. Wie sonst soll man die Überschrift der offiziellen Verlautbarung der Hochschule deuten, unter der am 18. Juli das relativ magere Ergebnis verkündet wurde: „Jüngster Bericht im Rahmen des Forschungsprojekts am SuperC dokumentiert neue wissenschaftliche Erkenntnisse zur Tiefengeothermie”?

Dass demnach der Nachweis erbracht wurde, „dass der dem hier erprobten Konzept zugrunde liegende Mechanismus der Gebäudebeheizung auf Basis der Tiefengeothermiebohrung nicht wirtschaftlich ist”, dass dies ein „ernüchterndes, aber überaus wichtiges Resultat” für die Geothermiebranche sei, und dass es „gelang, eine derartige Tiefbohrung mitten in einer deutschen Großstadt zu verwirklichen”: Das alles mag in der Tat eine „wesentliche Erkenntnis” von Forschung sein, an deren Kosten sich wohl auch niemand gestoßen Nur hatte die RWTH selbst die Latte der Erwartungen so hoch gelegt - und dort liegen lassen.

Es gab durchaus Skeptiker damals, zumindest am Institut für Geophysik, die wenig von dem Projekt hielten und die schwache Wärmeleistung voraussagten. Sie wollen sich heute nicht mehr dazu äußern. „Es gab eine pessimistische und eine optimistische Meinung in der RWTH. Schließlich ist man der optimistischen gefolgt”, sagt ein Kundiger. Und es gab Warnungen von außen, namentlich aus der Bergbauakademie Freiberg (siehe angehängtes Interview).

Entwickelt wurde die Projektidee zu Beginn des vergangenen Jahrzehnts am Institut für Markscheidewesen, wesentlich von Dr. Roland Gaschnitz, der auch die Förderanträge an die EU und das Land NRW entwarf. „Das SuperC-Projekt war als Kombination aus Nutzung und Forschung konzipiert”, betont Gaschnitz heute.

Gaschnitz: „Da es sich, mit einer Ausnahme, um die erste Realisierung des Sondenkonzeptes handelte, konnte niemand eine qualifizierte Auslegung machen. Das war ein Henne-Ei-Problem: Man braucht die Daten aus der Erdwärmesonde, um die Bohrung für die Sonde zu planen. In der Geologie kann man nun einmal nicht alles mit einer halbwegs akzeptablen Zuverlässigkeit berechnen.”

Kurzum, so Gaschnitz, „wenn man weder die zu erwartende Wärmemenge der Sonde, noch den Wärmebedarf des Gebäudes sicher kennt, ist es mit der Festlegung der Zielteufe so eine Sache. Die die Bohrung dann geplant haben, entschieden sich für einen pragmatischen Ansatz: Es gibt eine Zielteufe, und die soll möglichst mit den verfügbaren Mitteln erreicht werden. Die Erdwärmesonde soll dann bestmöglich genutzt werden”. Eine übliche und sinnvolle Methode bei einem Pilot-Forschungsprojekt.

Mit zusätzlichen Mitteln des Rektorats konnte man so - zwischen Juli und November 2004 - auf 2544 Meter Tiefe bohren. Heute weiß man, dass man noch viel tiefer bohren müsste, um es oben warm genug zu haben - was aber viel zu teuer käme.

Nach der Bohrung gab es nur, wenn es was gab, eine Reihe technischer Probleme sowie interne Auseinandersetzungen - und darüber verschiedene, kaum nachprüfbare Ansichten. Hängengeblieben ist ein gewisser Missmut über den früheren Rektor, der die öffentliche Aufmerksamkeit der Bohrung genossen, danach aber die Projektgruppe aufgelöst habe.

Etwas führungslos wusste man jahrelang eigentlich nur, dass man nicht das richtige Material für das Steigrohr hatte - und man beäugte die Stadtverwaltung im sauerländischen Arnsberg. Die hatte ähnlich tief gebohrt - und das gleiche Problem, nämlich nicht wie versprochen, ihr Schwimmbad mit Erdwärme aufheizen zu können. Arnsberg stoppte das Projekt und wartet seither auf Aachen.

Im Juli 2008, übergab dann, zum Ende seiner Amtszeit, Rektor Rauhut das SuperC als Gebäude seiner Bestimmung („Studienfunktionales Zentrum”) und das Problem mit dem Loch seinem Nachfolger. Der, gelernter Kunststoff-Ingenieur, motivierte schließlich die mittlerweile exzellenten Ingenieure der RWTH, das Projekt wieder flott zu machen und ein Steigrohr für das erdwarme Wasser aus Kunststoff anfertigen zu lassen.

Dieses Innenrohr wurde zwischen September und Dezember 2009 Stück für Stück in die stählerne Sonde gedrückt - bis Teilrohr Nr. 164 bei 1965 Metern steckenblieb. „Aus bisher unbekannten Gründen vereitelte eine Blockade an der Spitze des Steigrohrs ein vollständiges Versenken auf 2500 Meter Tiefe.” Eine weitere Versenkung würde auch keinen Sinn machen. Das eigentliche Problem hat man nämlich woanders ausgemacht.
Das in knapp 2000 Metern Tiefe aufgeheizte Wasser kommt im SuperC nur mit 31 bis 35 Grad Celsius an, wie man endlich im Frühjahr 2011 gemessen hat. Ursprünglich eingeplant waren 60 Grad.

Wissenschaftliche Erkenntnis: Sowohl das Gestein in dieser Tiefe wie auch das aufsteigende Wasser kühlen ziemlich ab.

„Deutlich stärker als zu Beginn des Forschungsvorhabens erwartet, fällt die Abkühlung des Erdreichs durch den Wärmentzug der in den Boden eingeführten Sonde ins Gewicht, wie nun nachgewiesen konnte.” Außerdem entzieht auch das in der Sonde herunterfließende kalte dem aufsteigenden Wasser mehr Energie als bedacht.

Praktisch heißt das: Statt zu hundert Prozent kann „jetzt mindestens ein Drittel der Heizung des SuperC aus Tiefengeothermie erreicht werden”. Mit einigem Aufwand könnte das auf immerhin 40 Prozent gesteigert werden. Der Rest kommt aus der Fernwärmeleitung. Die „wirtschaftliche Wärmeversorgung für ein Gebäude” sei auch „nie Zweck und Ziel des Projekts” gewesen, betont die RWTH nun mit Nachdruck.

Und Burkhard Rauhut, von unserer Zeitung um eine Stellungnahme gebeten, bekräftigt das gerne aus dem fernen Oman: „Die Geothermiebohrung war als Forschungsprojekt angelegt. Deshalb wurde auch ein geraumer Teil der Aufwendungen dafür von der EU bezahlt. Natürlich verbindet man mit einem Forschungsprojekt gewisse Erwartungen, aber ob sie sich erfüllen, ist keineswegs von vornherein klar. Wer hinterher reklamiert, dass die Erwartungen nicht erfüllt wurden, versteht Forschung falsch oder gar nicht.”

Vielleicht hat der Altrektor nicht mehr den Wortlaut seines eigenen Prospekts im Kopf, aber kein Problem mit dem Ergebnis des Projekts: „Wenn jetzt weniger Wärme erzeugt wird als ursprünglich erwartet, bedeutet das für mich im Grunde nur, dass man daraus lernen kann, was beim nächsten Forschungsprojekt auf diesem Gebiet anders gemacht werden muss.”

Um einiges gelöster geht die heutige RWTH nun doch wenigstens mündlich damit um, dass das Ergebnis einer exzellenten Hochschule nicht ganz so gut zu Gesicht steht, was sich auch in einigen hämischen Kommentaren im Internet widerspiegelt.

Dietmar Wenner ist stellvertretender Leiter des Baudezernats und zuständig für das Energiemanagement. Er sagt: „Sicher, Forschung kann nicht immer zum Erfolg’ führen. Doch hier ist die optimistische Darstellung von der Realität ad absurdum geführt worden.” Das wolle und könne man nicht beschönigen, so Wenner in der Bezirksvertretung Aachen-Mitte. Das steht der RWTH doch gut zu Gesicht.

Nur ihren SuperC-Prospekt sollte die Hochschule mal aktualisieren. Statt der 130 Tonnen CO2 rechnet man nun mit einer sicheren Einsparung von 50 Tonnen im Jahr. Und dass man mit 450 Kilowatt 200 Einfamilienhäuser beheizen könnte, hat nie gestimmt. Es hätte 20 heißen müssen.

Interview: „Man hätte wissen können, dass das nicht funktioniert”

Professor Frieder Häfner (70), bis 2007 Direktor des Instituts für Bohrtechnik und Fluidbergbau der Technischen Universität Bergakademie Freiberg, hatte angesichts der Aachener Geothermie-Bohrung gewarnt: Die von der RWTH angegebenen Werte seien „auf keinen Fall zu erreichen”. In den VDI-Nachrichten vom 18. November 2005 hatte er darauf verwiesen, dass das Verfahren „nicht der erneuten wissenschaftlichen Erprobung bedarf”, da es bereits 1994 im brandenburgischen Prenzlau mit Fördermitteln erprobt worden war.

„Leider”, so Häfner, habe weder die RWTH noch das NRW-Wirtschaftsministerium als Mitfinanzier auf seine „kritischen Aussagen im Jahr 2005” reagiert. Das Loch war allerdings auch Ende 2004 schon gebohrt. Die Verzögerung erklärt Prof. Häfner unter anderem damit, dass er so lange auf Reaktionen der Projektleitung habe warten müssen und die Recherchen der VDI-Nachrichten lange Zeit in Anspruch genommen hätten. Die Fragen stellte Axel Borrenkott.

Was berechtigte Sie zu diesen Aussagen?

Häfner: Wir forschen und arbeiten etwa seit 1981 an Erdwärmeprojekten, in 2001/2002 haben wir die Software ModEW (heute ModGeoTherm) entwickelt, mit der relativ genaue Leistungsprognosen für derartige Sonden möglich sind. Die Wärmeleistung, die aus der Sonde in Prenzlau bekannt waren, lag im berechneten Bereich und hatte unser Rechenverfahren bereits bestätigt.

Mit dem Rechenprogramm wurden dann ähnliche Projekte (zum Beispiel für Gaz-de-France in Mühlhausen/Thüringen) geplant, aber ihre Realisierung wegen Unwirtschaftlichkeit verworfen.

Wollen Sie damit sagen, dass man an der RWTH hätte wissen können, dass das nicht funktioniert?

Häfner: Genau das will ich sagen. Ich hatte im Jahr 2005 dem Projektleiter an der RWTH meine Ergebnisse geschickt und darum gebeten, mir seine Planungsmethode zum Vergleich mitzuteilen. Da die Planung von Aix-o-Therm (einem Aachener Ingenieurbüro) gemacht war, wurde ich vertröstet und habe nie eine Auskunft erhalten.

Darüberhinaus gab und gibt es auch andere Berechnungsverfahren für das Problem, die vom VDI und von der Geothermischen Vereinigung (einem Ingenieurverband für Geothermie) vielfach publiziert wurden. Sie hätten mit Sicherheit keine wesentlich anderen Ergebnisse gezeitigt als meine - nur hätte man sie mit thermodynamischem Sachverstand anwenden müssen und der hat offensichtlich in der Projektleitung gefehlt. Bezeichnend dafür ist, dass der wissenschaftlich hochangesehene RWTH-Professor Christoph Clauser, Lehrstuhl Angewandte Geophysik, nicht Mitglied in dieser Projektleitung war und seine kritischen Aussagen nicht beachtet wurden.

Es ist nach Ihrer Ansicht bei diesem Forschungsprojekt also nichts herausgekommen, was die Forschung nicht schon vorher wusste?

Häfner: Auch das ist richtig - mit einer Ausnahme. Da auch der Projektleitung der RWTH nach Abschluss der Bohrarbeiten langsam klar wurde, dass eine übliche Sondeninstallation mit Stahlrohren wegen des thermischen Kurzschlusses in der Sonde nicht möglich ist, wurde ein Innenrohr (Tubing) aus Carbon oder Kunststoff (Näheres ist nicht veröffentlicht) mit zusätzlich bewilligten Fördermitteln entwickelt.
All die anderen Ergebnisse, die jetzt als Neuheit angepriesen werden (Innerstädtisches Bohren, Bohrtiefe 2500 Meter, Temperaturverteilung etc.) waren schon damals längst Stand der Technik beziehungsweise gesichertes Wissen.

Zwei typische Beispiele für die auch heute noch unprofessionelle Bearbeitung der thermodynamischen Problematik in der Sonde und zur Wirtschaftlichkeit sind die Aussagen in der RWTH-Pressemitteilung vom 18. Juli 2011:

„Wesentlich für die geringe Rücklauftemperatur aus der Erdreichsonde ist vor allem, wie die nun gewonnenen neuen Messwerte und Berechnungen aufzeigen, das Auskühlen des Gesteins in großer Tiefe... Deutlich stärker als zu Beginn des Forschungsvorhabens erwartet, fällt die Abkühlung des Erdreichs durch den Wärmeentzug der in den Boden eingeführten Sonde ins Gewicht, wie nun nachgewiesen werden konnte.”

Genau das war bereits damals das Ergebnis der Berechnungen. Die Auskühlung in großer Tiefe ergibt sich aus dem Kreislauf des Wassers, das in der Tiefe Wärme aufnimmt und diese dann zum Teil in flachen Teufen wieder abgibt. Dadurch wird das Bohrlochtiefste abgekühlt - ohne Nutzen für die Gebäudeheizung.

„Als ganz wesentliche Erkenntnis kann herausgestellt werden”, heißt es in der Mitteilung der RWTH, „dass der dem hier erprobten Konzept zugrunde liegende Mechanismus der Gebäudebeheizung auf Basis einer Tiefengeothermiebohrung nicht wirtschaftlich ist.”

Die Unwirtschaftlichkeit des Vorhabens war vorhersehbar, weil die enormen Bohrkosten bekannt waren. Die Ergebnisse der Sonde Prenzlau haben schon vor 15 Jahren gezeigt, dass derartige Vorhaben nur dann wirtschaftlich sein können, wenn das Bohrloch bereits vorhanden ist, zum Beispiel als abgeworfene Erdöl-/Erdgasbohrung oder als erfolglose Thermalwassersonde.

Welche Konsequenzen ziehen Sie daraus?

Häfner: Einer meiner Kollegen hat einmal gesagt, das Hauptproblem der Geothermie seien die „begeisterten Dilettanten”. Bundes- und Landesregierungen fördern bis heute ähnliche Projekte, die ihnen von solchen Wissenschaftlern als innovativ verkauft werden. Das Streben nach „Drittmitteln um jeden Preis” ist weit verbreitet, gerade auf dem Sektor der regenerativen Energien im Zeitalter der Energiewende. Vielleicht hilft die ungeschminkte Veröffentlichung der negativen Ergebnisse von SuperC und dieses Interview, die Gutachter kritischer zu machen und die Geldgeber anzuhalten, weniger begeisterte, aber sachkundige Wissenschaftler nicht zu übergehen.

Ich würde es auch begrüßen, wenn die verantwortlichen Leute der RWTH-Projektleitung einmal wissenschaftsöffentlich Stellung nähmen zu ihren Planungen und warum sie nicht eingetroffen sind - als Lehrbeispiel für künftige Projekte.
Leserkommentare

Leserkommentare (0)

Sie schreiben unter dem Namen:



Diskutieren Sie mit!

Damit Sie Artikel kommentieren können, müssen Sie sich einmalig registrieren — bereits registrierte Leser müssen zum Schreiben eines Kommentars eingeloggt sein. Beachten Sie unsere Diskussionsregeln, die Netiquette.

Homepage aktualisiert

Finden Sie jetzt neue aktuelle Informationen auf unserer Startseite

Wieder zur Homepage

Die Homepage wurde aktualisiert