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MITTELTIEFE UND TIEFE GEOTHERMIE

Erdwärme für eine klimafreundliche Zukunft

Herzlich Willkommen auf der Informationsseite zur Geothermalen Charakterisierung der Teilräume Rheinland und Nordrand des Rheinischen Schiefergebirges

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Hintergründe, Aufgaben und Ziele

Der Geologische Dienst NRW führt im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie NRW umfangreiche Projektarbeiten zur Erkundung des mitteltiefen und tiefen Untergrundes von Nordrhein-Westfalen durch, um diesen geothermal zu charakterisieren. Im Rahmen des GTC-Projektes werden in den Jahren 2021 und 2022 zunächst die beiden Teilregionen nordrhein-westfälisches Rheinland und Rheinisches Schiefergebirge (Nordrand) untersucht. Die Arbeiten umfassen hierbei

Mit diesem Projekt wird ein Beschluss des Landtages NRW umgesetzt: Nutzbarmachung geothermischer Potenziale des mitteltiefen und tiefen Untergrundes in Nordrhein-Westfalen zur Unterstützung der Wärmewende. Die Ergebnisse werden insbesondere für Kommunen, Energieversorger und Unternehmen mit hohem Wärmebedarf, die auf der Suche nach einer umweltverträglichen und zukunftsfähigen Wärmeversorgung sind, von großem Interesse sein.

Für die Projektdurchführung werden die bereits genutzten Daten der oberflächennahen Geothermie um Informationen zum mitteltiefen Untergrund bis 1 000 m erweitert. Für den tiefen Untergrund bis in 6 000 m Tiefe werden potenziell geeignete Nutzhorizonte lokalisiert und beschrieben. In Abhängigkeit von der Tiefenlage geothermischer Reservoire können Temperaturen bis zu 180 °C erwartet werden.

Die Projektergebnisse inklusive einer geowissenschaftlichen Bewertung werden Ende 2022 der Öffentlichkeit in einem Online-Portal zugänglich gemacht. Somit wird es interessierten Personen in einem frühen Planungsstadium ermöglicht, eine allgemeine Machbarkeit für geothermische Projektideen kompetent abzuschätzen.

Digitalisierung des Datenbestandes

Alte Daten neu interpretiert

In den Archiven des Geologischen Dienstes NRW (GD NRW) sind unzählige geowissenschaftliche Daten, besonders aus dem letzten Jahrhundert, verfügbar. Dazu zählen u. a. umfangreiche Dokumente zu Bohrungen oder auch Forschungsberichte und seismische Untersuchungen, die vor allem bei der Suche nach Öl und Gas, Salz und Erzen, aber auch bei der Erkundung der Steinkohlelagerstätten erhoben wurden. Diese Dokumente bilden die Grundlage für die Beschreibung von Gesteinseinheiten hinsichtlich ihrer geothermischen Eignung und Charakterisierung. Wichtiges Ziel des Projektes ist es daher, alle relevanten vorhandenen Informationen zu sichten, aufzubereiten und für Nutzer*innen verfügbar zu machen.

Ein beträchtlicher Teil dieser Archivdokumente ist bereits in Form von Scans verfügbar. Zur Überführung in moderne Computersysteme muss der vorliegende Datenbestand noch aufbereitet, homogenisiert und digitalisiert werden. Diese aufwendige Arbeit umfasst

  • die Eingabe von fehlenden Bohrungsdaten in die Bohrungsdatenbank des GD NRW,
  • die Digitalisierung von bohrlochgeophysikalischen Untersuchungen sowie
  • die Aufbereitung von 2D-Seismik, um sie in die 3D-Modellierungsprogramme einbauen zu können.

Darüber hinaus werden weitere wichtige, in der Vergangenheit erhobene Untersuchungsdaten von Explorationsfirmen, Behörden und Forschungseinrichtungen akquiriert und bei der Interpretation des Gesamtdatenbestandes berücksichtigt.

Neue Messungen zur Datenverdichtung

Die potenziellen Zielhorizonte für die hydrothermale Geothermie standen in der Vergangenheit nicht im Fokus der Explorationsindustrie. Diese Tatsache und dass diese Gesteine regional nur in sehr großen Tiefen vorkommen, führt dazu, dass für manchen Regionen in NRW über diese Horizonte nur wenige Kenntnisse vorliegen und Untersuchungen nur spärlich stattfanden. Um die „weißen Flecken“ in NRW zu reduzieren, wird unter anderem im Herbst 2021 eine Forschungsbohrung im nördlichen Bereich von Düsseldorf niedergebracht. Die 300 m tiefe Bohrung soll neue Erkenntnisse über den Aufbau des Untergrundes in dieser Region liefern. Eine Fragestellung dort lautet, ob und wenn ja, wie der Zielhorizont „karbonischer Kohlenkalk“ ausgebildet ist. Ein umfangreiches Messprogramm rundet die Untersuchungen ab.

Eine Kernaufgabe des GD NRW ist die dauerhafte und zentrale Archivierung von wichtigen Bohrungen aus dem Landesgebiet in seinem Bohrkernarchiv (BKA). Sie werden dort für Analysezwecke vorgehalten. Um die Datenlage für eine geothermische Charakterisierung der Gesteine zu verbessern, wird eine systematische Beprobung von ausgewählten Referenzbohrungen durchgeführt. Ergänzt wird dies durch eine Beprobung und Untersuchung von Steinbrüchen, in denen die wichtigen Zielhorizonte an der Geländeoberfläche auftreten. Anschließend werden im Labor Gesteinseigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit, spez. Wärmekapazität, die chemische Zusammensetzung und die Dichte bestimmt.

Geologisches Profil im Bereich der Bohrung, im nördlichen Bereich von Düsseldorf

Geologisches Profil im Bereich der Bohrung, im Norden von Düsseldorf

Untersuchungen an Bohrkernen im Bohrkernarchiv des GD NRW

Untersuchungen an Bohrkernen im Bohrkernarchiv des GD NRW

Untergrund-Modelle

Geothermische Potenziale im Blick und angestrebte Projektergebnisse

Eine Voraussetzung, um eine Region geothermal charakterisieren zu können, ist das Vorhandensein eines geologischen 3D-Untergrundmodells. Dieses muss vorhandene Störungen, die Lage der Zielhorizonte sowie zusätzliche wichtige Gesteinseinheiten umfassen.

In NRW existiert seit einigen Jahren neben verschiedenen Regionalmodellen ein 3D-Landesmodell. Es bildet die Grundlage für die Neumodellierung. Unter Einbeziehung der neu erhobenen bzw. digitalisierten Bestandsdaten wird das vorhandene 3D-Landesmodell überarbeitet und verfeinert. Für die mitteltiefe und tiefe Geothermie wichtige, aber bisher noch nicht modellierte geologische Einheiten, werden bearbeitet und Störungsverläufe an die Ergebnisse der Seismik angepasst.

Damit wird bis Ende 2022 ein detailliertes 3D-Modell des nordrhein-westfälischen Rheinlandes und des nördlichen Rheinischen Schiefergebirges vorliegen, das alle für die mitteltiefe und tiefe Geothermie relevanten Gesteinseinheiten beinhaltet.

Dies ermöglicht genaue Informationen z. B. über die Verbreitung, die Tiefenlage sowie die Mächtigkeit der Zielhorizonte. Aus dem Modell werden Auswertekarten generiert, die Auskunft über die verschiedenen Nutzungsarten geben. Sie werden anschließend in einem Online-Portal veröffentlicht.

Geothermie-Portal NRW

Die Ergebnisse zum Projekt werden Ende 2022 in aufbereiteter Form in einem Online-Portal der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Damit soll interessierten Nutzer*innen die Möglichkeit für eine erste kompetente Einschätzung der Machbarkeit geothermischer Projektideen gegeben werden.