Köber, Ralf¹; Lohse, Christiane²; Bohm, Söhnke¹; Delfs, Jens-Olaf¹; Lüders, Klas¹; Hornbruch, Götz¹; Meier-zu-Beerentrup, Kerstin¹; Struß, Janine¹; Schäfer, Dirk¹; Vogt, Carsten³; Richnow, Hans-Hermann³; Koproch, Nicolas¹; Schwardt, Alexander¹; Metzgen, Adrian¹; Ebert, Markus¹; Strutz, Tessa¹; Dethlefsen, Frank¹; Radmann, Kai-Justin⁴; Hansen, Carsten⁴; Bauer, Sebastian¹; Dahmke, Andreas¹

¹Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Deutschland; ²Umweltbundesamt, FG V 1.3 Erneuerbare Energien; ³Helmholz-Zentrum für Umweltforschung UFZ Leipzig, Department für Isotopen-Biogeochemie; ⁴Consulaqua Hamburg, Beratungsgesellschaft mbH

In urbanen Ballungsräumen stehen häufig ganzjährig industrielle Abwärmequellen zur Verfügung (Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerke, Hüttenwerke etc.), die zumindest saisonal überschüssige Wärme in die Umgebung abgeben. Das hieraus und aus der Nutzung erneuerbarer Wärmequellen sich ergebende urbane Wärmedargebot korreliert aber jahreszeitlich nicht mit dem Wärmebedarf. Zur Anpassung von Dargebot und Bedarf können leistungsstarke saisonale geologische Wärmespeicher mit Kapazitäten von mehreren GWh bis 10er-GWh eine zentrale Schnittstelle darstellen.

Für die Realisierung von UTES-Systemen zur zukünftigen Wärmeversorgung (Heizen und Kühlen) in urbanen Gebieten besteht gerade für den energetisch günstigen Temperaturbereich > 40 °C dringender Bedarf an der Entwicklung und Erprobung eines regulatorischen Rahmens, der sowohl die Erlaubnis solcher unterirdischer Anlagen verwaltungstechnisch ermöglicht, als auch eine Basis für deren Bau und Betrieb darstellt und damit auch die gesellschaftliche Akzeptanz unterstützt.

Als einen Beitrag hierzu wird innerhalb eines laufenden UBA-Projekts für Umweltwirkungen und den umweltverträglichen Ausbau oberflächennaher geothermischer Speicher der aktuelle Entwicklungsstand zu folgenden zentralen Aspekten erarbeitet:

• Räumliches Ausbaupotential und Raumwirksamkeit von UTES-Anlagen (AP1)
• Identifikation der ausbaufähigen geothermischen Heiz- und Kühlsysteme unter Berücksichtigung der Minimierung ihrer Antriebsenergie und deren Einbindung in zukünftige regenerative Wärmeversorgungssysteme (AP2)
• Umweltwirkungen und Klimaschutzbeitrag oberflächennaher, geothermischer, sensibler und latenter Wärmespeichersysteme (AP3)
• Bewertung des regulatorischen Rahmens einschließlich technischer Interventionsansätze (AP4)
• Ableiten von Handlungsempfehlungen zur Weiterentwicklung des Reglungswerks und von Vermeidungs- und Minderungsmaßnahmen zur Information und Ausbildung. Aufzeigen des Weiteren Forschungsbedarfs (AP5)

Innerhalb der Präsentation wird ein kurzer Überblick über die wichtigsten Ergebnisse aus folgenden Themen des AP3 vorgestellt:

• Bewertung des globalen und nationalen Verminderungspotenzials bei Treibhausgasemissionen, das durch eine intensivierte UTES-Nutzung zur Wärmeversorgung (Heizen und Kühlen) gegeben wäre.
• Numerische Modellierungen und Abschätzung, in welchem Umfang durch eine aktive thermische Bewirtschaftung die (bisher) weitgehend unkontrollierte Erwärmung des geologischen Untergrundes reguliert werden kann.
• Negative Umweltwirkungen anderer erneuerbarer Energiequellen
• Auswirkungen der Materialalterung in Wärmespeichersystemen einschließlich Sanierungsverfahren
• Potenzielle Störfallszenarien und Interventionsverfahren
• Ausführliche Darstellung des Wissenstandes zu thermisch induzierten Prozessen bei Haupt- und Spurengrundwasserinhaltsstoffen sowie der Gasphasenbildung, einschließlich der Reversibilität der Prozesse bei inversen Temperaturverläufen (inkl. Methodenvergleich, Feldversuch, Prognosefähigkeit)
• Auswirkungen variierender Wärmefelder auf das Verhalten bedeutender Schadstoffklassen im Hinblick auf die Nutzung urbaner Altlastenflächen
• Auswirkung von Leckagen aus BTES-Anlagen auf die Grundwasserqualität bei unterschiedlichen Ausbaustufen der Wärmespeichersysteme
• Auswirkungen auf die mikrobiellen Populationen (einschließlich pathogener Keime), die faunistische Besiedelung und die ökologische Funktionsfähigkeit urbaner Grundwasserleiter
• Auswirkungen oberflächennaher unterirdischer Latentwärmespeicher auf die mikrobiologische Besiedlung und die Hydrochemie
• Weitere potenzielle Umweltbelastungen (z.B. Aquifer-Filtrationsverhalten/Nanopartikel, Korrosion, Bauwerks-Verwitterungsverhalten, Radon, uvm.)
• Umsetzung der F-Gas-Verordnung bei Wärmepumpen

Die Ergebnisse basieren auf einer Aufarbeitung der Literatur, eigener Laboruntersuchungen und Modellsimulationen sowie einem aktuellen Feldversuch. Auf Basis der bisherigen Kenntnisse, die in der Präsentation ausgeführt werden, sind die potenziell negativen Umweltauswirkungen einzelner oberflächennaher unterirdischer Wärmespeichersysteme im regelgerechten Betrieb im Vergleich zu anderen EE-Technologien in den meisten Fällen als gering zu bewerten, wobei jedoch auch bisher nur wenige Erfahrungen aus dem Feld- und Langzeitbetrieb existieren. Deswegen wird aber auch aus generell betriebswirtschaftlichen und Umweltschutzgründen für eine signifikante Nutzung des untertägigen Raumes mit UTES-Verbund-Systemen z.B. für unterschiedliche Temperaturbereiche gerade unterhalb von urbanen Gebieten eine quantitative Raumplanung bzw. ein für multiple Nutzungen geeignetes Bewirtschaftungsmanagement als essentiell angesehen.