Kevin Lippert1, Gregor Bussmann1, Martin Machnik2, Holger Born1
Organisation(en): 1: Fraunhofer IEG, Bochum; 2: Kabel Premium Pulp und Paper, Hagen
Zusammenfassung
Die Papierindustrie ist eine der fünf energieintensivsten Branchen in Deutschland. Große Mengen industrieller Prozesswärme im Temperaturbereich zwischen 100 °C und 200 °C werden für die Trocknung des Papiers gegen Ende des Produktionszyklus benötigt. Die Dampferzeugung erfolgt dabei üblicherweise in zentralen Anlagen und aus fossilen Energieträgern wie Erdgas. Um den ökologischen Fußabdruck, also den CO2-Ausstoß, der Papierindustrie zu verringern und langfristig Kosten zu sparen wurde in der Hagener Papierfabrik ‚Kabel Premium Pulp und Paper‘ (KPPP) das Projekt ‚Kabel Zero‘ ins Leben gerufen, welches eine nachhaltige Papierherstellung durch den Einsatz von geothermischer Wärmeenergie beim Trocknungsprozess vorsieht.
Der Pilotstandort des KPPP-Firmensitzes im Hagener Norden wird aufgrund der Tiefenlage und dem damit zusammenhängenden Temperaturniveau der Thermalwässer, der Mächtigkeit und der Verkarstungsfähigkeit devonischer Massenkalke sowie aufgrund des Vorhandenseins einer regional bedeutenden geologischen Störungszone, dem Großholthausener Sprung, als besonders geeignet für eine hydrothermale Nutzung angesehen. Erste hydraulische Laboruntersuchungen dieser devonischen Karbonatformationen, die den Unterschied zwischen Kluft- und Matrixpermeabilitäten herausstellten, zeigen, dass Störungszonen im Fokus zukünftiger Tiefbohrungen stehen sollten.
Um diese in der angestrebten Reservoirtiefe von ca. 4.000 m eindeutig lokalisieren zu können, wird eine seismische Kampagne um den KPPP-Firmenstandort durchgeführt. Dabei handelt es sich um die erste seismische Erkundung des tieferen Untergrunds Nordrhein-Westfalens seit der sogenannten DEKORP-Seismik der 1990er Jahre. Im Zuge dessen werden zwei sich annähernd senkrecht schneidende 2D-Seismiklinien mit dem sogenannten Vibroseis-Verfahren mit speziellen Trucks aufgenommen um ein Abbild des Untergrunds zu generieren. Neben der Ortung des Großholthausener Sprungs und weiterer Störungssysteme in entsprechender Reservoirtiefe steht vor allem die Lokalisierung der devonischen Massenkalkformationen im Fokus, die nach abgeschlossener Auswertung der seismischen Daten intensiv auf der Feldskala und im Labor untersucht werden.
Dabei spielen vor allem fazielle Unterschiede und der Vergleich zwischen Kluft- und Matrix-Eigenschaften der devonischen Karbonate eine Rolle. Um aussagekräftige Erkenntnisse gewinnen zu können, werden diese paläozoischen Gesteine sowohl an der Erdoberfläche, beispielsweise in den Karbonatsteinbrüchen im Hagener Süden, als auch in der Tiefe beprobt. Zweiteres wird durch eine bis zu 500 m tiefe Erkundungsbohrung in die Störungszone, inklusive Gewinnung von Kernmaterial, ermöglicht. Auf der Feldskala sollen vor allem makroskopisch sichtbare, fazielle Unterschiede analysiert und durch sogenannte ‚cross-cutting relationships‘ Aussagen zur relativen zeitlichen Abfolge von sekundären Prozessen, die eine entscheidende Rolle für die hydraulische Durchlässigkeit und damit das gesamte Reservoirpotenzial der Formation spielen, getroffen werden. Im Labor wird die Fazieseinteilung durch Röntgendiffraktometrie und mikroskopische Analysen fortgeführt, so dass sämtliche petrophysikalische Eigenschaften, wie die Wärmeleitfähigkeit, effektive und totale Porosität und die Permeabilität, faziesbezogen bestimmt werden können. Somit kann nicht nur eine Aussage zum allgemeinen Reservoirpotenzial der devonischen Massenkalke getroffen werden, sondern auch besonders vielversprechende Untereinheiten herausgestellt werden.
Einen weiteren Teil der im Projekt ‚Geothermale Papiertrocknung‘ beinhalteten Arbeit entfällt auf die Prozess- und Verfahrenstechnik und die Konzipierung der obertägigen Anlagen wie Hochtemperaturwärmepumpen etc., die auf die erreichbaren Reservoirtemperaturen und geothermalen Produktionsvolumina sowie die technischen Anforderungen und lokalen Gegebenheiten der Papierfabrik in Hagen abgestimmt und dementsprechend ausgelegt werden müssen. Da zum Vortragszeitpunkt, ablaufbedingt, noch keine Erkenntnisse aus diesem Arbeitsfeld zu erwarten sind, werden die ersten geologischen und petrophysikalischen Ergebnisse und der aktuelle Stand und allgemeine Ablauf des Projekts im Vordergrund stehen.
Präsentation hier
