Laborversuche zur hydraulischen Risserzeugung in dreiaxial belasteten Granitquadern

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Philipp Siebert

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Bei der hydraulischen Risserzeugung (engl. hydraulic fracturing) werden durch hohen Fluiddruck Risse erzeugt, geweitet und vorangetrieben. Als technisches Verfahren wird die hydraulische Risserzeugung unter anderem zur künstlichen Anlage geothermaler Systeme verwendet sogenannter Technisch-angelegter geothermaler Systeme. Bei diesen wird durch die im tiefen Untergrund hydraulisch erzeugten Risse ein Fluid gepumpt, um die geothermale Energie fördern und dann über Tage technisch nutzbar machen zu können. Da Technisch-angelegte geothermale Systeme prinzipiell unabhängig von (tiefen-)wasserführenden Schichten und Temperaturanomalien sind, ist allein von diesen ein wesentlicher Beitrag der Geothermie zur Energieversorgung in Deutschland zu erwarten. Verschiedene internationale Pilotprojekte konnten die prinzipielle Realisierbarkeit Technisch-angelegter geothermaler Systeme bestätigen, ein nach wirtschaftlichen Maßstäben erfolgreicher Energiegewinn ist aber noch nicht gelungen. Für die erfolgreiche Realisierung Technisch-angelegter geothermaler Systeme ist es unter anderem erforderlich, die hydraulische Risserzeugung in kristallinen Tiefengesteinen besser verstehen, beschreiben und dann auch planen zu können. Vor diesem Hintergrund wird in einem neuen Forschungsverbund an der RWTH Aachen University, unter Federführung des Instituts für Angewandte Geophysik und Geothermie, der Prozess der hydraulischen Risserzeugung in kristallinem Grundgestein experimentell und numerisch untersucht. Dabei sollen die experimentellen Ergebnisse dazu dienen, verschiedene numerische Ansätze überprüfen und verbessern zu können und ein numerisches Werkzeug zu entwickeln, mit Hilfe dessen die hydraulische Risserzeugung für die Geothermie zukünftig geplant werden kann. Da bei entsprechenden Feldversuchen aufgrund der erforderlichen Tiefbohrungen sehr hohe Kosten entstehen, die Veränderung einiger Randbedingungen nur durch Ortswechsel möglich wären und die Versuchsergebnisse aufgrund der natürlichen Heterogenität des Untergrunds nur bedingt reproduzierbar sind, wurden im Projekt zunächst Experimente im Labormaßstab durchgeführt.