Verbundvorhaben EvA-M2 - Anwendung von umweltfreundlichen Inhibitoren und CO2 zur Vermeidung von Karbonatausfällungen in der tiefen Geothermie des Bayerischen Molassebeckens; Teilvorhaben: Durchführung und Auswertung von Anlagen- und Laborversuchen

Abstract

Im Forschungsvorhaben EvA-M2 wurden Maßnahmen gegen Karbonatausfällungen (Scaling) in der tiefen Geothermie im Bayerischen Molassebecken weiterentwickelt und deren Anwendung im großtechnischen Maßstab etabliert. Kalkausfällungen führten in der Vergangenheit zu hohen Kosten. So war zum Beispiel die Reinigung der Anlagen kostenintensiv und die Lebensdauer der Tauchkreiselpumpen (TKP) wurde erheblich verkürzt. Durch Ausfällungen hervorgerufene Störungen senkten die Verfügbarkeit der Kraftwerke und somit deren Wirtschaftlichkeit. Die Erprobung der Maßnahmen an zwei Geothermiekraftwerken wurde wissenschaftlich begleitet und bewertet. Die Hydroisotop GmbH und die Stadtwerke München (SWM) waren gemeinsam mit der Hochschule Merseburg (HoMe) als Verbundpartner an dem Forschungsvorhaben beteiligt. Das Projekt wurde durch das Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES) des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordiniert. Mit der Zugabe eines organischen Ausfällungsinhibitors und der Injektion von CO2 unterhalb der Förderpumpe stehen zwei leistungs- und genehmigungsfähige Verfahren zur Vermeidung von Kalkausfällungen für den Kraftwerksbetrieb zur Verfügung. Durch die Injektion im Bohrloch unterhalb der TKP kann auch die Pumpe und der Förderstrang vor Ausfällungen geschützt werden. Im Rahmen des Projektes wurden die Wirksamkeit sowie die technische Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit beider Verfahren in drei Kraftwerken der SWM nachgewiesen. Die Hydroisotop war in der Planungsphase beratend tätig. Die anschließende Erprobung wurde durch ein umfangreiches geochemisches Monitoring der Hydroisotop GmbH begleitet. Der biologische Abbau des organischen Scaling-Inhibitors konnte sowohl im Labor als auch in situ nachgewiesen werden (Würdemann et al., 2024). Verschiedene Laborexperimente sowie der Einsatz mehrerer Bypass-Systeme der Hydroisotop und der HoMe ermöglichte vergleichende Untersuchungen zur Effektivität und Betriebssicherheit der beiden Verfahren. Darüber hinaus wurde geprüft, ob das Wachstum von Biofilmen in den verschiedenen Anlagen die Korrosionsrate erhöht. Ein Anstieg der Korrosionsrate wurde für beide Verfahren nicht beobachtet. Die unbeabsichtigten Auswirkungen der Inhibierungsmaßnahmen auf die Wasserchemie und enthaltene Gase sind geringfügig und bewegen sich im Bereich der Nachweisgrenzen. Die Wirksamkeit der Verfahren ist gegeben. Die untersuchten Verfahren eignen sich somit zum dauerhaften Einsatz. Auf Basis der umfangreichen Untersuchungen wurden Handlungsempfehlungen für einen sicheren und effizienten Betrieb von Geothermieanlagen im Bayerischen Molassebecken erstellt und ein standardisiertes Testprogramm für den Einsatz von Inhibitoren im Molassebecken implementiert. Die Hochskalierung der Verfahren in den großtechnischen Maßstab konnte die Wirtschaftlichkeit der Kraftwerke noch während der Projektlaufzeit deutlich erhöhen.