Tiefer Untergrund Erkundungstechnologien - Möglichkeiten und Grenzen

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1 Tiefer Untergrund Erkundungstechnologien - Möglichkeiten und Grenzen Geoforum Raumordnung für den tiefen Untergrund Deutschlands , Hannover Akademie für Geowissenschaften und Geotechnologien Prof. Dr. Ugur Yaramanci

2 Fragen? Kenntnisstand über den tiefen Untergrund? Erkundungsbedarf für den tiefen und flachen Untergrund?

3 Fragen? Kenntnisstand über den tiefen Untergrund? Erkundungsbedarf für den tiefen und flachen Untergrund? Stand der Erkundungstechnologien? Möglichkeiten und Grenzen? Welche Erkundung für welche Nutzung? Anforderungen der Raumordnung und Raumplanung?

4 Fragen? Kenntnisstand über den tiefen Untergrund? Erkundungsbedarf für den tiefen und flachen Untergrund? Stand der Erkundungstechnologien? Möglichkeiten und Grenzen? Welche Erkundung für welche Nutzung? Anforderungen der Raumordnung und Raumplanung? Was müssen wir über den Untergrund wissen? Wie genau können wir dieses wissen? Wie können wir dieses Wissen nutzbar darstellen?

5 Erkundung Erkundung von Geometrie - Geologische Einheiten - Schichtverläufe, -mächtigkeiten, -ausbreitung - Homogenität der geologischen Einheiten Erkundung von Eigenschaften - Lithologische Eigenschaften - Geophysikalische und geochemische Eigenschaften - Besondere Strukturparameter Überwachung - Zeitliche Änderungen - Prozessabläufe

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12 Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft) Geomagnetik (Magnetisierbarkeit)

13 Gravimetrie (Dichte) Geomagnetik (Magnetisierbarkeit) Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

14 Gravimetrie (Dichte) Geomagnetik (Magnetisierbarkeit) Seismik (Elastizität) Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

15 Gravimetrie (Dichte) Geomagnetik (Magnetisierbarkeit) Seismik (Elastizität) Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

16 Gravimetrie (Dichte) Geomagnetik (Magnetisierbarkeit) Seismik (Elastizität) Geoelektrik & Elektromagnetik (Elektrische Leitfähigkeit) Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

17 Gravimetrie (Dichte) Geomagnetik (Magnetisierbarkeit) Seismik (Elastizität) Geoelektrik & Elektromagnetik (Elektrische Leitfähigkeit) Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft)

18 Geologisches Modell Abgebildete physikalische Eigenschaften Geologie Lithologische Eigenschaften Wie tief? Was detektiert? Welche Auflösung? Wie genau? Welche Eigenschaften?

19 Geothermie-Atlas zur Darstellung möglicher Nutzungskonkurrenzen zwischen CCS und Tiefer Geothermie Methode und Ergebnisse Suchi, E. 1, Dittmann, J. 2, Knopf, S. 2, Müller, C. 2, Schulz, R. 1 1 Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG) 2 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) Gefördert durch

20 Datengrundlage Geothermisches Informationssystem Speicher-Kataster Ergebnis: Geothermie-Atlas 4 thematische Karten im Maßstab 1: (analog) + Bericht

21 Methode Zunächst getrennte Bearbeitung Geothermie / CO 2 -Einlagerung Verschneidung der Aquifere und der Speicher-Barriere-Komplexe

22 Kriterien Tiefe Geothermie Lithologie Geothermie CO 2 -Einlagerung (hydrothermisch) (petrothermisch) Speicher Barriere poröse, klüftige Sandsteine oder Karbonate Magmatite, Metamorphite oder dichte Sedimentgesteine poröse Sandsteine (teils Karbonate) Tongestein und Salz Mächtigkeit > 20 m - > 10 m > 20 m Temperatur Tiefenlage unter Geländeoberkante > 60 C bzw. > 40 C (Mitteltiefe Geothermie) < 7000 m > 100 C - - ab 3000 m < 7000 m Top > 800 m Basis > 800 m Porosität > 20 % * - > 10 % * - Permeabilität > 500 md bzw.15 l/s * - > 10 md * - * Kriterien, die aufgrund der heterogenen Datenlage und der regional und faziell stark schwankenden Kennwerte nicht konsequent berücksichtigt werden konnten ROCKEL & SCHNEIDER (1992); ROCKEL et al. (1997); HUENGES et al. (1999); JUNG et al. 2002; PASCHEN et al. (2003) bzw. CHADWICK et al.( 2008); MÜLLER & REINHOLD (2011). Potenzialgebiete Geothermie

23 Kompilation der Potenzialgebiete für die Geothermie A unmittelbar verfügbar Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (zusammengestellt und verändert nach verschiedenen Autoren)

24 Kompilation der Potenzialgebiete für die Geothermie B zukünftig verfügbar Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (zusammengestellt und verändert nach verschiedenen Autoren)

25 Kompilation der Potenzialgebiete für die Geothermie C zukünftig verfügbar bzw. geothermischer Gradient Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (zusammengestellt und verändert nach verschiedenen Autoren)

26 Kompilierte Darstellung des gesamten geothermischen Potenzials D Kompilation A-C Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (zusammengestellt und verändert nach verschiedenen Autoren)

27 Kriterien CO 2 -Einlagerung Lithologie Geothermie CO 2 -Einlagerung (hydrothermisch) (petrothermisch) Speicher Barriere poröse, klüftige Sandsteine oder Karbonate Magmatite, Metamorphite oder dichte Sedimentgesteine poröse Sandsteine (teils Karbonate) Tongestein und Salz Mächtigkeit > 20 m - > 10 m > 20 m Temperatur Tiefenlage unter Geländeoberkante > 60 C bzw. > 40 C (Mitteltiefe Geothermie) < 7000 m > 100 C - - ab 3000 m < 7000 m Top > 800 m Basis > 800 m Porosität > 20 % * - > 10 % * - Permeabilität > 500 md bzw.15 l/s * - > 10 md * - * Kriterien, die aufgrund der heterogenen Datenlage und der regional und faziell stark schwankenden Kennwerte nicht konsequent berücksichtigt werden konnten ROCKEL & SCHNEIDER (1992); ROCKEL et al. (1997); HUENGES et al. (1999); JUNG et al. 2002; PASCHEN et al. (2003) bzw. CHADWICK et al.( 2008); MÜLLER & REINHOLD (2011). Untersuchungswürdige Gebiete für CO 2 -Einlagerung

28 Darstellung untersuchungswürdiger Gebiete zur CO 2 -Einlagerung 9 Speicher-Barriere-Komplexe werden kompiliert als eine Schicht dargestellt Stratigraphie: Rotliegend bis Kreide CO CCS 2 -Einlagerung SBK SBK SBK 2 + SBK 1 =

29 Darstellung Karte D (Kompilation der Karten A-C) Karte D untersuchungswürdiges Gebiet für eine CO 2 -Einlagerung nachgewiesenes hydrothermisches Potenzial vermutetes hydrothermisches Potenzial petrothermisches Potenzial aus EGS zeitliche Verfügbarkeit: unmittelbar und zukünftig

30 Nutzungsoptionen von CO 2 -Einlagerung und Geothermie nach Flächenanteil

31 Ausblick Geothermie-Atlas zur Darstellung möglicher Nutzungskonkurrenzen zwischen CCS und Tiefer Geothermie Der Geothermie-Atlas ist eine erste naturwissenschaftliche Grundlage für Entscheidungen über die Nutzung des tieferen Untergrunds. Eine detailliertere Erfassung erfordert Karten mit größeren Maßstäben und die Erhebung zusätzlicher geotechnischer Informationen. Die Methode des Geothermie-Atlasses kann auch auf andere Nutzungen übertragen werden. Um verschiedene Horizonte in unterschiedlichen Tiefen zu berücksichtigen, sollten in Zukunft anstelle von projizierten 2D-Karten 3D-Untergrundmodelle eingesetzt werden. (siehe Für eine vergleichende Bewertung der Nutzungsarten und eine mögliche Ausweisung von Vorzugsgebieten müssen zusätzliche geotechnische Kriterien und weitere Aspekte berücksichtigt werden. Für den Einzelfall sind detaillierte Machbarkeitsstudien erforderlich.

32 Zusammenfassend: Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen.. Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat!

33 Zusammenfassend: Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen.. Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat! Eine raumdeckende homogene Erkundung als Basis für einzelne explizite Nutzungsentscheidungen und Abwägung der Nutzungskonflikte bzw. gefährdungen ist räumlich, zeitlich und finanziell kaum realisierbar!

34 Zusammenfassend: Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen.. Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat! Eine raumdeckende homogene Erkundung als Basis für einzelne explizite Nutzungsentscheidungen und Abwägung der Nutzungskonflikte bzw. gefährdungen ist räumlich, zeitlich und finanziell kaum realisierbar! Schlussfolgernd: Die Raumplanungen und eine Raumordnung für den tiefen Untergrund haben den Erkundungsgrad und die Möglichkeiten und Grenzen der Erkundungstechnologien zu berücksichtigen.

35 Zusammenfassend: Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen.. Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat! Eine raumdeckende homogene Erkundung als Basis für einzelne explizite Nutzungsentscheidungen und Abwägung der Nutzungskonflikte bzw. gefährdungen ist räumlich, zeitlich und finanziell kaum realisierbar! Schlussfolgernd: Die Raumplanungen und eine Raumordnung für den tiefen Untergrund haben den Erkundungsgrad und die Möglichkeiten und Grenzen der Erkundungstechnologien zu berücksichtigen. Der notwendige Erkundungsgrad ist seitens Raumplanung und Raumordnung zu definieren!

36 Zusammenfassend: Derzeitige Erkundungstechnologien für den tiefen Untergrund, geophysikalische Messungen und Bohrlöcher ermöglichen örtlich begrenzt einen recht guten Einblick in den Untergrund, aber sie haben Grenzen.. Jede lokale Geologie in der entsprechenden Nutzungsskala ist im Detail ein Unikat! Eine raumdeckende homogene Erkundung als Basis für einzelne explizite Nutzungsentscheidungen und Abwägung der Nutzungskonflikte bzw. gefährdungen ist räumlich, zeitlich und finanziell kaum realisierbar! Schlussfolgernd: Die Raumplanungen und eine Raumordnung für den tiefen Untergrund haben den Erkundungsgrad und die Möglichkeiten und Grenzen der Erkundungstechnologien zu berücksichtigen. Der notwendige Erkundungsgrad ist seitens Raumplanung und Raumordnung zu definieren! Demnach sind Erkundungstechnologien weiter und neu zu entwickeln, auf spezielle Geologien und Nutzungen zu adaptieren und zu spezifizieren.

37 Gravimetrie (Dichte) Geomagnetik (Magnetisierbarkeit) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Erkundungsverfahren (Physikalische Eigenschaft) Seismik (Elastizität) Geoelektrik & Elektromagnetik (Elektrische Leitfähigkeit)