Die Entwicklung hydrothermaler Systeme ist mit hohen Kosten und erheblichen Ressourcenrisiken verbunden, die durch das komplexe Zusammenspiel thermischer, hydrothermaler, mechanischer und chemischer (THMC) Prozesse zusätzlich erschwert werden und eine präzise Modellierung erfordern. Allerdings hinken chemische Modellierungswerkzeuge anderen Bereichen hinterher, was gekoppelte chemische Simulationen besonders komplex und rechenintensiv macht. Eine zuverlässige, öffentlich zugängliche hydrogeochemische Datenbank ist für die Risikobewertung und wirtschaftliche Einschätzung in der Machbarkeitsphase unerlässlich. Diese Daten verbessern die Modellgenauigkeit, stärken das Vertrauen von Investoren durch belastbare Prognosen und unterstützen die nachhaltige Koproduktion wertvoller Rohstoffe wie Lithium aus Thermalwässern, wodurch die Wirtschaftlichkeit geothermischer Kraftwerke erhöht wird. Zur Bewältigung dieser Herausforderungen verfolgt das Projekt THC-Prognos das Ziel, fortschrittliche Open-Source-Modellierungswerkzeuge zu entwickeln und umfassende hydrochemische Daten zusammenzutragen, um die nachhaltige Weiterentwicklung der Geothermie zu fördern

Im Rahmen eines Forschungsprojektes sollen am Campus Lichtwiese der Technischen Universität Darmstadt südlich der Ottilie-Bock-Straße vier 750 m tiefe Bohrungen mit geringem Achsabstand von 5 m hergestellt werden und diese anschließend zu mitteltiefen Erdwärmesonden ausgebaut werden. Die vier Erdwärmesonden werden in 1,5-jährigem Forschungsbetrieb als weltweit erster mitteltiefer Erdwärmesondenspeicher betrieben. Dazu wird über mobile Heizgeräte saisonales Wärmedargebot simuliert und in den Untergrund eingebracht sowie über mobile Kühlgeräte antizyklisch wieder entzogen. Mit dem Projekt soll die Bau- und Betriebsfähigkeit solcher Systeme nachgewiesen und die Betriebs- und Bemessungsroutinen für die Zukunft bestimmt werden. Eine entsprechende Vergrößerung der Anlage für einen wirtschaftlichen Betrieb ist bereits in der Planung. Über drei naheliegende Grundwassermessstellen wird ein kontinuierliches thermisches und hydrochemisches Grundwassermonitoring während des Baus und des Betriebes des Demonstrationsspeichers durchgeführt. Die Betriebs- und Monitoringergebnisse sollen zudem dazu verwendet werden, bestehende Simulationswerkzeuge zu validieren und diese weiterzuentwickeln, um zukünftig bessere Vorhersagen bei der Dimensionierung solcher Systeme treffen zu können und die Umweltauswirkungen besser abzuschätzen.

Die im Arbeitspaket 1 gewonnenen Daten werden genutzt, um thermo-hydro-chemische (THC) Modellierungen an ausgewählten Standorten durchzuführen, die im Hinblick auf spezifische Forschungsfragen getestet und validiert werden. Ziel der Modellierungsaktivitäten ist es, Prozesse in geothermischen Reservoiren besser zu verstehen und vorherzusagen, um deren Verhalten unter hydrochemischen Einflüssen wie Ausfällung und Lösung besser berücksichtigen, interpretieren und bewerten zu können. Diese Untersuchungen reichen von der Laborskala bis hin zur überwiegend betrachteten Reservoarskala. Die Arbeitsgruppe Angewandte Geothermik ist für drei zentrale Standorte verantwortlich:

Reaktives Experiment: Unter Reservoarbedingungen wurde im Labor Salzsäure mithilfe einer thermisch-triaxialen Zelle in ein Reservoargestein injiziert, um Änderungen der Permeabilität und Porosität zu beobachten. Dieses Experiment wird mithilfe eines THC-Codes modelliert.

Tiefengeothermie Insheim: Das Geothermiekraftwerk in Insheim verfolgt neben der Stromerzeugung auch das Ziel, Lithium aus Thermalwasser zu gewinnen. Die langfristige Nachhaltigkeit dieses Extraktionsprozesses wird unter Berücksichtigung verschiedener Betriebsbedingungen modelliert.

WestEndDuo: Ein geothermisches Bohrsystem zur Beheizung des Gebäudes WestEndDuo in Frankfurt, bei dem Wechselwirkungen mit Gesteinseinheiten im Liegenden und Hangenden des Zielhorizonts untersucht werden.