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Eingegipst? Stuttgart 21 und die Erdwärme

September 2nd, 2010

Stuttgart Hbf alt (gemeinfrei, Andreas Praefcke)

Stuttgart Hbf alt (gemeinfrei, Andreas Praefcke)

Selten – und wenn dann meist am Rande – kommt mal ein Geologe zu Wort. Was der dann zu sagen hat, ist meist unerfreulich.

Der Tübinger Geologe Jakob Sierich, ein Spezialist für anhydrit- und gipsführende Erdschichten, hat für das Magazin [Stern] das Gutachten analysiert. Sein Befund lautet: „Bei Stuttgart 21 geht es nicht um mögliche Risse in Häusern, es geht um mögliche Krater, in denen Häuser verschwinden können. Es geht um Menschenleben.“

Genau erklärt wird das Problem in den Medien aber kaum. Sie würde wie eine frische Fleischwunde die politischen und wirtschaftlichen Widersprüche offen zur Schau stellen.

Um diese Geschichte von Anfang an zu erzählen, müssen wir eine Weile zurückblicken. Vor rund 200 Millionen Jahren war es in Südwestdeutschland warm und feucht. Die Region lag am Rand eines großen Ozeans, von dem es durch eine Barriere abgetrennt war. Die Sonnenstrahlung dampfte einen großen Teil dieses Beckens ein. Minerale reicherten sich an, ähnlich wie das heute im Toten Meer passiert. Als fast das gesamte Wasser verdampft war, fiel Anhydrit aus. Dieses Mineral – Kalziumsulfat – reagiert wegen seiner Entstehungsgeschichte extrem empfindlich auf Wasser. Wenn er mit Tonsedimenten wasserdicht abgedeckt wird, kann er sich jedoch unbeeindruckt über hunderte Millionen Jahre halten.

In der schwäbischen Hauptstadt liegen diese Anhydritschichten heute wieder an der Oberfläche. Und nicht erst seit Stuttgart-21: Die auch als Gipskeuper bezeichnete Schicht wurde durch Erosion in der jüngeren geologischen Geschichte freigelegt. Das Resultat: Überall, wo Regen- und Grundwasser eindrang, reagierte es mit dem Anhydrit und formte Gips. Dieser Prozess der chemischen Lösung ist das täglich Brot einer ganzen Handwerkerinnung: „Gips“ aus dem Baumarkt enthält zum großen Teil Anhydrit, der mit Wasser abbindet. Was den Gipser wenig stört: Das Mineral Anhydrit ist deutlich kompakter als der entstehende Gips. Das Volumen des gehärteten Gips liegt um 60% über dem des eingesetzten Anhydrits. Aus einer Packung Anhydrit entstehen so 1,6 Packungen Gips.

Woher holt der Gips im Untergrund diesen Platz? Er nimmt ihn sich! Wenn aus einer mit Anhydrit geschwängerten wässrigen Lösung Gips entstehen kann, wird er entstehen. Der sogenannte Quelldruck kann schon mal ein paar hundert Meter Erdreich in die Höhe stemmen.

Genau das passierte nach einer Erdwärmebohrung im malerischen Staufen im Breisgau: Die Stadt ist durchzogen von zwei Störungszonen, die sehr viel Wasser führen. Gleichzeitig stehen die geologischen Schichten senkrecht, inklusive des anhydritreichen mittleren Muschelkalks. Die Bohrung verband die wasserführenden Klüfte mit senkrecht stehenden Anhydritschichten. Das Resultat: Der Staufener Untergrund begann sich an manchen Stellen um mehr als 40 Zentimeter zu heben. In den historischen Gebäuden der mittelalterlichen Altstadt entstand erheblicher Sachschaden (Schad & Gehlen, 2008).

In Stuttgart ist die geologische Situation eigentlich überschaubarer: Der anhydritführende Gipskeuper liegt schon seit Jahrtausenden an der Oberfläche und ist ausgelaugt, also in Gips umgewandelt. Wo ist das Problem?

Geologisches Profil Stuttgart (nachgezeichnet nach Ufrecht 2003, Amt für Umweltschutz, Stuttgart)

Geologisches Profil Stuttgart (nachgezeichnet nach Ufrecht 2003, Amt für Umweltschutz, Stuttgart)

Nun: Der Gipskeuper ist nicht komplett ausgelaugt. In der nebenstehenden Abbildung erkennt man eine feine rot gestrichelte Linie, die den Gipskeuper (hellblaue Schicht) durchzieht. Der Gipsauslaugungshorizont. Der Hauptbahnhof liegt im Bereich „Stadtmitte“, der hier den Stuttgarter Talkessel markiert. Gräbt man hier einen unterirdischen Bahnhof und „unterfährt“ die Stadt mit weiteren Tunneln, muss man direkt in den Gipskeuper bohren. Solange man dies in der ausgelaugten Zone (über der Strichellinie) macht, besteht kein Risiko. Arbeiten darunter schaffen eine Wegsamkeit für Grund- und Regenwasser zu unausgelaugtem Anhydrit. Und hier beginnt das Problem. Denn wo diese Auslaugungsfront exakt liegt, kann man nicht überall sagen.

Ein weiteres Problem entsteht in Gebieten, die bereits vor langer Zeit ausgelaugt worden sind: Der Gips hat sich hier Wegsamkeiten geschaffen, hat Gestein und Erdreich in seiner Umgebung weggeschoben und dabei oft Hohlräume geschaffen, die später wieder teilweise verschüttet wurden. Beim Bohren von Tunneln können diese Schuttkegel unwissentlich geöffnet werden. Diese führen manchmal bis an die Oberfläche, so dass nachstürzendes Geröll ganze Gebäude gefährden kann.

Natürlich ist den Genehmigungsbehörden am Umweltamt genau das klar. Daher wurde der Stuttgarter Untergrund ausgiebig erkundet. Hunderte Bohrungen wurden niedergebracht. Während des Baus senken etliche Brunnen im Stadtbereich den Grundwasserpegel ab, um zutretendes Wasser zu reduzieren. Doch der alte Bergmannsspruch vor der Schippe ist es dunkel gilt auch für Stuttgart 21: Wie es unter der Erde wirklich aussieht, wird man erst beim Graben erfahren, egal wie gut vorher erkundet wurde.

Die dargestellte Profilzeichnung stammt übrigens aus einer Broschüre des Amtes für Umweltschutz zur Nutzung der Geothermie in Stuttgart. Die Behörden im Ländle sind besonders besorgt, dass ausufernde geothermische Bohrungen zur Energieversorgung von Gebäuden bald auch Anhydritschichten durchstoßen. Die schlechten Erfahrungen aus Staufen im Breisgau sollen sich in der Landeshauptstadt nach Möglichkeit nicht wiederholen. Daher wird seit rund zwei Jahren verlangt, dass jede Erdwärmebohrung beim ersten Anzeichen von Sulfatgestein (Anhydrit oder Gips) zu stoppen und sofort zu verfüllen ist.

So eine Güterabwägung gehört klar zu den Aufgaben eines Amtes: Die Versorgung mit sauberen erneuerbaren Energien steht hier der Sicherheit der Gesellschaft gegenüber. Das lässt sich aber offenbar nur gegenüber kleineren Akteuren durchsetzen.

Basler Geothermiekraftwerk ist gestorben

Dezember 11th, 2009

Die tiefe Geothermie ist die riskanteste aller erneuerbaren Energien.  Ein Investor oder auch öffentliche Stellen müssen einen ein- bis zweistelligen Millionenbetrag in die Hand nehmen. Der wandert sofort in die Hand einer großen Bohrfirma aus dem Ölgeschäft. Die Gewinnmarge ist bei den Kohlenwasserstöfflern groß. Deshalb verlangt man auch den Geothermikern viel ab. So eine Tiefenbohrung ist aber – fairerweise angemerkt  – auch eine aufwendige Angelegenheit. Allein die Bohrmannschaft samt Equipment kann an einem Standort schon mal 100.000 Euro am Tag verschlingen.

Bisher bibberten die Investoren vor allem um ihre im Untegrund verbuddelten Milliönchen. Denn keiner kann genau vorhersagen, ob in der anvisierten Tiefe wirklich eine Temperatur angetroffen wird, die dann einen wirtschaftlichen Kraftwerksbetrieb ermöglicht. An manchen Standorten bleibt man so ungünstig stecken, dass das ganze Projekt aufgegeben werden muss, wie in Bad Urach auf der schwäbischen Alb passiert.

Anwohner können sich mit der Geothermie vertragen: Forschungskraftwerk Soultz-sous-forêt

Anwohner können sich mit der Geothermie vertragen: Forschungskraftwerk Soultz-sous-forêt

Doch der Wind hat sich gedreht. Heute bibbern sie in eine ganz andere Richtung. Die Bevölkerung erzeugt den Gegenwind. Am 8. Dezember 2006 bebte im schweizerischen Basel die Erde mit einer Magnitude von 3,5. Das ist nicht viel. Unterhalb von Magnitude 3 ist gar nichts spürbar. Ein draußen vorbeifahrender Bus erzeugt mehr Vibration.  Doch in Basel gingen zu viele Gläser zu Bruch. Widerstand gegen die Geothermie machte sich breit. Die Regierung versprach eine umfassende Untersuchung. Die ist nun abgeschlossen: Das Riskiko für den Betrieb eines tiefen geothermischen Kraftwerks in Basel ist zu groß. Pro Betriebsjahr könne man mit bis zu 6 Millionen Euro Franken an Schäden rechnen, bescheinigen die Gutachter. Das wird auch der Betreiberfirma  Geothermal Explorers Ltd. zu heiß, die ihren Rückzug aus Basel ankündigte. Deren Geschäftsführer steht sogar vor Gericht, wegen der Verursachung von Erdbeben und den damit verbundenen Sachschäden.

In Basel sind mehrere entscheidende Fehler gemacht worden: Man hat die Bevölkerung nicht in den Bauprozess eingebunden und ihr nicht erklärt, warum Stimulationen des Untergrunds notwendig sind und dass sie Beben verursachen können. Daneben wurde nicht ausreichend sichergestellt, stärkere Beben zu verhindern. Das wäre mit geringeren Pumpraten möglich gewesen.

Nun aber hat die tiefe Geothermie ein Problem: Sie ist in weiten Teilen der Bevölkerung in Verruf geraten. Niemand wird sie so schnell in seinem Hinterhof haben wollen. Ihre große Stärke ist eine günstige und CO2-freie Nahwärmeversorgung. Die gemeinsame Förderung von Strom und Wärme macht die Kraftkwerke erst rentabel. Deswegen hat man in Basel mitten in der Stadt gebohrt und deshalb wird man auch in Zukunft nicht umhin kommen, in urbanen Zentren zu bohren.

Ganz anders lief das übrigens in Soultz-sous-forêt, dem europäischen Vorzeigekraftwerk.  Hier hat man die lokale Bevölkerung direkt in den Planungsprozess einbezogen. Man hat erklärt, warum Stimulationen des heißen Gesteins für den Betrieb unerlässlich sind. Und dass keine gefährlichen Beben entstehen können. Das Kraftwerk steht allen zum Besuch offen. – Die Anwohner sind gut informiert und daher stolz auf das Pilotprojekt in ihrer Nachbarschaft und akzeptieren sogar gelegentliches Gläserklirren.