Beben wegen Wasserinjektion

Der Nachteil solcher hydraulischer Stimulationen sind Erschütterungen, die zwar oft so schwach sind oder ohne Messinstrumente gar nicht  wahrgenommen werden können. Doch bei den Geothermie-Projekten in St. Gallen 2013 und Basel 2016 war das nicht der Fall. In Basel wurden insgesamt etwa 11000 Kubikmeter Wasser ins Bohrloch gepumpt, wodurch der Druck anstieg. Anhand von statistischen Erhebungen wurden mit den Magnituden 2,4 und 2,9 zwar zwei Grenzwerte für die maximal erlaubte Stärke der erzeugten Erdbeben definiert. Sind diese erreicht, wird die Wasserzufuhr getoppt.

In Basel gab es jedoch nach einem lauten Knall eine Reihe von Erschütterungen, zeitlich verzögert kam es  zu stärkeren Erdbeben, was die Bewohner aufschreckte. In beiden Städten verzeichnete man Erdbeben mit einer Magnitude grösser als 3. Seither ist klar, dass das Erreichen von Schwellenwerten zwar den Stopp der Wassereinleitung bestimmen, doch ist dadurch die Sicherheit während des eigentlichen Bohrvorgangs noch nicht gewährleistet.

Simulation während Stimulation

Der Schweizerische Erdebendienst SED und die ETH Zürich verfolgen nun einen neuen Ansatz, mit dem sich während einer hydraulischen Stimulation nahezu in Echtzeit vorhersagen lässt, ob im weiteren Verlauf spürbare Erdbeben zu erwarten sind. Möglich machen soll dies das auf Gesteinsphysik basierende sogenannte «Advanced Trafficlight System», einer vom SED entwickelten Software, welche auf einem Hochleistungsrechner die Analyse ausführt.

Dabei messen Geophone rund um das Bohrloch die Bodenschwingungen, die als Indikatoren für die Wahrscheinlichkeit spürbarer Erdbeben dienen. Mit dem Supercomputer werden dann Millionen möglicher Szenarien durchspielt, ausgehend von der zu erwartenden Anzahl und Art der Brüche, der Reibung sowie von Spannungen im Gestein. Schliesslich lässt sich jenes Szenario herausfiltern, welches den Untergrund am besten widerspiegelt.

Weitere Tests im Berg

Allerdings fehlt es der Forschung zurzeit noch an realen Testmöglichkeit des Systems, denn vor den Berechnungen auf dem Supercomputer müssen Fehlmessungen eliminiert und ein bestimmtes Datenformat eingehalten werden. Erste Tests wurden letztes Jahr in Island durchgeführt, im Spätsommer sollen im geothermischen Bedretto Labor weitere folgen. Zwischen der Erhöhung der Durchlässigkeit von Gesteinsschichten und einer adäquaten Wasserzufuhr ist nun ein Optimum zu finden.

Der neue Ansatz könnte die Geothermie sicherer machen und dieser Energiequelle letztlich wieder zu mehr Akzeptanz verhelfen. Anwendungsbereiche sieht die Forschung auch überall dort, wo künstlich verursachte Erdbeben entstehen können wie im Untertagebergbau oder bei der Speicherung von Kohlendioxid im Untergrund. (mgt/sts)

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