Kann vulkanisches Magma die Zukunft antreiben?

Wissenschaftler in Island haben herausgefunden, wie man aus superheißem geschmolzenem Gestein geothermische Energie erzeugen kann

Tuan C. Nguyen

Es kommt nicht oft vor, dass eine Idee, die zunächst als gescheitertes Experiment galt, am Ende als Durchbruch gefeiert wird. Doch genau das geschah, als vor fünf Jahren ein Team von Wissenschaftlern in Island bei Bohrungen tief in der Erdkruste auf geschmolzenes Gestein stieß. Es war nicht nur nicht das, wonach sie damals suchten, es bedeutete auch, dass sie ihre Suche nach einem Reservoir aufgeben mussten, das angeblich eine Form von Wasser enthielt, die so heiß war, dass es in einem Zustand irgendwo zwischen normaler Flüssigkeit vorkam und ein Gas.

Die Auswirkungen der Entdeckung einer solch energiedichten Flüssigkeit wären enorm gewesen. Auf einen „überkritischen“ Zustand erhitztes Wasser mit Temperaturen bis zu 1.100 Grad Celsius ist nur bei ausreichendem Druck- und Wärmeaufbau möglich. Das Labor ist ein Ort, an dem Wissenschaftler solche Bedingungen nachstellen konnten. Aber wenn es irgendwo auf natürliche Weise produziert würde, wäre eine eisige geothermische Brutstätte wie Island eine gute Wahl, so die Überlegung.

Im Laufe von mehr als einem Jahrzehnt hat die isländische Regierung zusammen mit einem internationalen Konsortium aus Energieunternehmen und Wissenschaftlern über 22 Millionen US-Dollar investiert, um herauszufinden, ob es möglich ist, eine potenziell reichlich vorhandene Ressource zu erschließen, die das Zehnfache an Energie enthält erhitzter Dampf. Die Hoffnung bestand darin, dass Geothermiekraftwerke eines Tages in der Lage sein werden, diese riesige, aber saubere Energiequelle nicht nur an lokale Haushalte und Unternehmen, sondern auch an Länder wie England und andere nahegelegene, von Kohle und Gas abhängige Länder zu leiten.

Daher wurde das Island Deep Drilling Project teilweise als Versuch konzipiert, die winzige Vulkaninsel mit etwa 320.000 Einwohnern als Hauptlieferant erneuerbarer Energie zu positionieren. Was den erfolglosen Bohrvorfall jedoch besonders demoralisierend machte, war das Timing, da er sich inmitten einer tiefen Wirtschaftskrise ereignete. Angesichts des Beinahe-Zusammenbruchs des Zentralbanksystems des Landes war der einfache Zugang zu einer praktisch unbegrenzten Versorgung mit geothermischer Energie, mit der 90 Prozent der Haushalte versorgt werden, einer der wenigen verbliebenen inhärenten Reichtümer, von denen die Beamten glaubten, dass sie zu einer Erholung beitragen könnten.

Dennoch stellte sich heraus, dass es sich bei einem versehentlichen Auftreffen auf unterirdisches Magma nicht um einen Totalschaden handelte, wie die Forscher später feststellen sollten. Im Grundgestein eines Vulkans brennt die im geschmolzenen Gestein eingeschlossene Hitze bei konstanten 900 bis 1.000 Grad Celsius. Dies ist wichtig, da ein Großteil der Wirksamkeit der viskosen Substanz verloren geht, sobald sie in Form von Lava aus der Spitze eines Vulkans fließt und die Atmosphäre einen kühlenden Effekt ausübt, der die Zusammensetzung des geschmolzenen Gesteins erheblich verändert. Das Problem bestand nun darin, dass das Auftreffen von Magma so selten vorkommt (es kam nur einmal auf Hawaii vor), dass die Forscher nicht viel Gelegenheit hatten, eine zuverlässige Methode zu entwickeln, um das enorme Potenzial auszuschöpfen. Um nutzbare Energie zu gewinnen, war es zunächst erforderlich, dass sich am Standort irgendwie Wasserreserven ansammelten. Und wenn das passieren würde, müsste das IDDP-Team irgendwie ein System entwickeln, das sowohl belastbar als auch in der Lage ist, Dampf aus dem Bohrloch zu beziehen.

In einem überraschenden Bericht, der in der Fachzeitschrift Geothermics veröffentlicht wurde, erläuterten die Forscher genau, wie ihnen dies gelungen ist. Als das IDDP-Team unter der Leitung des Geologen Guðmundur Ó ein natürliches Regenwasserreservoir entdeckte, das im Laufe der Zeit in die Spalten direkt über dem Magmafluss versickerte. Friðleifsson konnte ein speziell angefertigtes Transportsystem erfolgreich testen, das die heiße Flüssigkeit beim Aufsteigen trichterförmig transportieren sollte. Laut The Conversation sind die Wissenschaftler so auf ihr sogenanntes Magma-verstärktes Geothermiesystem gekommen:

Dazu musste ein Stahlgehäuse in das Bohrloch einbetoniert werden, eines mit einem perforierten Abschnitt am Boden, der dem Magma am nächsten liegt. Im Bohrloch konnte sich langsam Wärme aufbauen, und schließlich strömte für die nächsten zwei Jahre überhitzter Dampf durch das Bohrloch.

[Wilfred] Elders [ein Geologe an der University of California in Riverside und Co-Autor des Artikels] sagte, der Erfolg der Bohrung sei „gelinde gesagt erstaunlich“ und fügte hinzu: „Dies könnte zu einer Revolution in der Welt führen.“ Energieeffizienz von Hochtemperatur-Geothermieprojekten in der Zukunft.“

Der überhitzte Dampf, der an die Oberfläche gebracht wurde, wurde bei über 450 Grad Celsius gemessen – weit entfernt von überkritischen Flüssigkeiten, aber immer noch die höchste Temperatur, bei der dampferzeugter Strom erzeugt wurde, so die Autoren. Zum Vergleich: Geothermieanlagen, die Wasser in unterirdische Brunnen pumpen, um Dampf zu erzeugen, erzeugen Strom bei Temperaturen von etwa 180 Grad Celsius. Die in einer Anlage erzeugte Strommenge hängt von einer Reihe von Variablen ab, darunter davon, wie viel Wasser pro Minute erhitzt und geleitet wird und wie effizient das System diese Energie in Strom umwandelt. Allein das Bohrloch, das über eine potenzielle elektrische Leistung von 36 Megawatt verfügt, produziert mehr als die Hälfte der Gesamtleistung der 33 Bohrlöcher im nahegelegenen Kraftwerk Krafla und reicht aus, um jederzeit etwa 9.000 Haushalte mit Strom zu versorgen. Allerdings verblasst es im Vergleich zu 660-Megawatt-Kohlekraftwerken immer noch etwas.

Was kommt als nächstes? Nun, es gibt keine bestätigten Verträge zum Bau einer Geothermiestation auf dem Brunnen – zumindest noch nicht. Aber die Tatsache, dass es Wissenschaftlern gelungen ist, mithilfe einer vulkanischen Substanz Strom zu erzeugen, sollte als ermutigendes Zeichen gewertet werden. Sie haben auch ihr exotischeres Bestreben, nach diesen schwer fassbaren Taschen überkritischer Flüssigkeit zu schürfen, nicht aufgegeben. Das Team hat bereits einen Standort im Südwesten Islands für die nächste Phase des Projekts markiert. IDDP-2, das später in diesem Jahr geplant ist, zielt darauf ab, auf der Suche nach noch heißeren Energiequellen ein fünf Kilometer tiefes Bohrloch zu bohren.

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Tuan C. Nguyen | MEHR LESEN

Tuan C. Nguyen ist ein im Silicon Valley ansässiger Journalist, der sich auf Technologie, Gesundheit, Design und Innovation spezialisiert hat. Seine Arbeiten wurden in ABCNews.com, NBCNews.com, FoxNews.com, CBS' SmartPlanet und LiveScience veröffentlicht.