Kühlen im Sommer (links) und Heizen im Winter: Dafür eignen sich Niedertemperatur-Aquiferspeicher, also wasserführende Schichten im Untergrund

Kühlen im Sommer (links) und Heizen im Winter: Dafür eignen sich Aquiferspeicher, also wasserführende Schichten im Untergrund (Quelle: Ruben Stemmle, AGW/KIT)

Mehr als 30 % des Endenergieverbrauchs in Deutschland entfallen derzeit auf das Heizen und Kühlen von Gebäuden. Die Dekarbonisierung dieses Sektors kann daher einiges an Treibhausgasemissionen einsparen und wesentlich zum Klimaschutz beitragen. Zur saisonalen Speicherung und flexiblen Nutzung von Wärme und Kälte eignen sich Aquiferspeicher, also wasserführende Schichten im Untergrund. Wasser besitzt eine hohe Fähigkeit, thermische Energie zu speichern, und das umgebende Gestein wirkt isolierend.

Aquiferspeicher werden durch Bohrungen erschlossen, um beispielsweise Wärme aus Solarthermieanlagen oder Abwärme aus Industrieanlagen unter der Erde zu speichern und bei Bedarf heraufzupumpen. Sie lassen sich ideal mit Wärmenetzen und Wärmepumpen kombinieren. Als besonders effizient haben sich oberflächennahe Niedertemperatur-Aquiferspeicher (engl. Low-Temperature Aquifer Thermal Energy Storage – LT-ATES) erwiesen: Da die Temperatur des Wassers nicht viel höher ist als die der Umgebung, geht während der Speicherung wenig Wärme verloren.

Mehr als die Hälfte der Fläche in Deutschland sehr gut oder gut geeignet

Welche Regionen in Deutschland sich für Niedertemperatur-Aquiferspeicher eignen haben Forscher am Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) und in der Nachwuchsgruppe Nachhaltige Geoenergie des KIT untersucht. „Zu den Kriterien für einen effizienten LT-ATES-Betrieb gehören geeignete hydrogeologische Gegebenheiten wie die Produktivität der Grundwasserressourcen und die Grundwasserströmungsgeschwindigkeit“, erklärt Ruben Stemmle, Mitglied der Forschungsgruppe Ingenieurgeologie am AGW und Erstautor der Studie. „Wichtig ist auch ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Heiz- und Kühlenergiebedarf. Dieses lässt sich annäherungsweise über das Verhältnis von Heiz- und Kühlgradtagen ermitteln.“

Die Forscher haben die hydrogeologischen und klimatischen Kriterien in einer räumlichen Analyse kombiniert. Dabei zeigte sich, dass 54 % der Fläche in Deutschland in den kommenden Jahrzehnten bis 2050 sehr gut oder gut für LT-ATES geeignet sind. Die Potenziale konzentrieren sich im Wesentlichen auf das Norddeutsche Becken, den Oberrheingraben und das Süddeutsche Molassebecken. Visualisiert sind sie detailliert auf einer Karte, welche die Forscher mit einem Geoinformationssystem (GIS) anhand einer multikriteriellen Entscheidungsanalyse erstellt haben.

Klimawandel wird Potenzial für Aquiferspeicher vergrößern

Wie die Studie weiter ergeben hat, werden die für LT-ATES sehr gut oder gut geeigneten Flächen für den Zeitraum 2071 bis 2100 voraussichtlich um 13 % wachsen. Dies ist vor allem durch einen relativ starken Zuwachs bei den sehr gut geeigneten Flächen bedingt und auf einen steigenden Kühlbedarf, also den Klimawandel, zurückzuführen.

In Wasserschutzgebieten sind Aquiferspeicher nur eingeschränkt und in Einzelfällen zulässig. Dadurch fallen 11 % der technisch sehr gut oder gut geeigneten Flächen weg. „Alles in allem zeigt unsere Studie jedoch, dass Deutschland ein großes Potenzial für die saisonale Wärme- und Kältespeicherung in Aquiferen besitzt“, sagt Stemmle. 

Originalpublikation (Open Access)

Ruben Stemmle, Vanessa Hammer, Philipp Blum and Kathrin Menberg: Potential of lowtemperature aquifer thermal energy storage (LTATES) in Germany. Geothermal Energy, 2022. DOI: 10.1186/s40517-022-00234-2 https://geothermal-energy-journal.springeropen.com

Weitere Informationen: www.kit.edu

„et“-Redaktion

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