Stadtwärme aus der Tiefe

St. Gallen will mit einer Tiefbohrung geothermische Energie nutzbar machen. 4000 bis 5000 Meter unter der Stadt liegt eine Kalksteinschicht, deren Temperatur ausreichend sein soll, um Wasserdampf erzeugen und damit ein Kraftwerk und Fernwärmenetze betreiben zu können. Der Ostschweizer Geologe Henry Naef schildert das Potential und die allfälligen Risiken der Nutzung dieser unerschöpflichen Energiequelle.

Hanspeter Spörri: In Basel hat sich gezeigt, dass die Gewinnung von Erdwärme mit Risiken verbunden ist. Durch die Tiefbohrung und das eingeführte Wasser sind vor zwei Jahren Erdbeben ausgelöst worden, die Schäden verursachten. Das Projekt wurde daraufhin vorerst gestoppt. Geht man in St. Gallen nun bewusst das gleiche Risiko ein?

Henry Naef: Grundsätzlich ist zwar jede grosstechnologische Anlage mit gewissen Risiken verbunden. Allerdings gibt es bei den tiefen Geothermie-Bohrungen – die nicht mit den alltäglichen oberflächennahen Bohrungen für Erdwärmesonden zu vergleichen sind – unterschiedliche Typen. In Basel bohrte man in Gestein, das zwar eine hohe Temperatur, aber keine Wasserwegsamkeit aufweist. Im St. Galler Untergrund erwarten wir wasserführende Schichten. Darum verlangt der Untergrund in St. Gallen ein anderes Vorgehen.

Hanspeter Spörri: Ohne Wasser wäre keine Energiegewinnung möglich.

Henry Naef: Man hat in Basel deshalb mit hohem Wasserdruck Klüfte und Spalten erzeugt, um darin später Wasser zirkulieren zu lassen. Man plante, mit der einen Bohrung Wasser in die Tiefe zu leiten, mit einer zweiten in der Nähe heissen Dampf wieder an die Oberfläche zu holen.

Hanspeter Spörri: Aber das Aufbrechen der Gesteinsschichten verursachte die Beben?

Der Zeitplan hat es in sich
Im Jahr 2008 wurde eine umfassende Machbarkeitsstudie in Auftrag gegeben, es wird ein Konzept für die Entwicklung (Planung und Erstellung) einer Erdwärmeanlage in der Stadt St.Gallen erstellt. Fünf Arbeitspakete sollen Aufschluss zum Projekt geben. Nach einem ersten Zwischenbericht steht heute fest, die Chancen stehen gut, denn die geologischen Voraussetzungen für Wärmenut-zung aus dem Untergrund wird von den Fachleuten als sehr aussichtsreich beurteilt. Mögliche Gebiete für den Bau gibt es sowohl im Osten wie auch im Westen der Stadt. Im April sollen nun die Resultate vorliegen. Um den genauen Bohrstandort festlegen zu können, sind weitere Abklärungen nötig. So ist ein Erdwärme-Kraftwerk nur dann wirtschaftlich zu betreiben, wenn es an ein Fermwärmenetz angeschlossen werden kann.

Henry Naef: Darüber streiten sich die Experten: Basel liegt am Rande des Rheingrabens; im dortigen Gestein sind die Spannungs-verhältnisse im Untergrund nicht ausgeglichen. Das hineingepresste Wasser könnte die Spannungen teilweise gelöst haben, was die Erde beben liess.

Hanspeter Spörri: In St. Gallen hofft man aber, auf eine wasserführende heisse Gesteinsschicht zu stossen?

Henry Naef: Ja. Wir wissen aber noch nicht, wie viel Wasser dort vorhanden ist und wie rasch es in dieser Schicht fliesst. Das ist hier in St. Gallen das Risiko für das Projekt. – In Süddeutschland findet man Geothermie-Anlagen, die im Untergrund fliessendes heisses Wasser an die Oberfläche bringen. Dort hatten sie Erfolg.

Hanspeter Spörri: Um was für Gestein handelt es sich?

Henry Naef: Um Ablagerungen des Mesozoikums, also um Gesteine des Erdmittelalters, die vor 150 Millionen Jahre entstanden sind. In St. Gallen sind vor allem die Kalksteine des Malm von Interesse. Diese Schichten nutzt man in Geothermieprojekten im Raum München erfolgreich. Wenn wir auch in St. Gallen genügend Wasser finden, wird eine zweite Bohrung gemacht, um dann einen unterirdischen Wasserkreislauf zu erreichen. Damit kann die Wärme in Form von Wasserdampf an der Oberfläche gebracht und mit einem Kraftwerk in Strom umgewandelt werden. Die reichlich anfallende Abwärme des Kraftwerks wird über ein Fernwärmenetz zum Heizen verwendet.Nächste Projektschritte
Um den geologischen Untergrund der Stadt St.Gallen noch besser zu erkunden, sind als nächste Abklärungen Vorbereitungsarbeiten für seismische Messungen geplant. Diese seismischen Untersu-chungen, erfolgen innert Jahresfrist. Sie sollen Aufschluss geben, wo sich optimale Bohrstandorte für das Vorhaben befinden.
Bereits jetzt laufen die Planungen zur Seismikmessung, wird die Umweltverträglichkeitsprüfung vorbereitet, der Businessplan erstellt und die zukünftige Organisationsstruktur entwickelt.
Auf der politischen Ebene gilt es die entsprechenden Vorlagen für das Parlament und die Volksabstimmung zu erarbeiten. Das Parlament soll bald über das Projekt befinden, so dass eine Volksabstimmung zum Erdwärme-Projekt spätestens 2010 erfolgen kann.
Die Stimmbürgerinnen und Stimmbürger der Stadt werden dannzumal über eines der grössten Investitionsvorhaben der Stadtgeschichte abstimmen können. Damit in nächster Zukunft Fernwärme in eine beachtliche Zahl von Haushalten „fliessen“ kann, wird über einen Rahmenkredit in der Grössenordnung von gegen 150 Millionen Franken zu entscheiden sein.

Hanspeter Spörri: Sind Sie denn sicher, dass die dazu nötigen Temperaturen erreicht werden?

Henry Naef: Um ein Kraftwerk zu betreiben, sind generell Temperaturen von 120 bis 130 Grad nötig. Dies wird man in St. Gallen in dieser Tiefe sicher erreichen, aber wie gesagt, die Wärmemenge, die von der förderbaren Wassermenge abhängt, ist ungewiss.

Hanspeter Spörri: Aber diese Gesteinsschicht wurde noch nie angebohrt. Was macht sie so sicher, dass sie tatsächlich vorhanden ist?

Henry Naef: Man hat an anderen Orten am Alpenrand, unter anderem in Finsterwald im Entlebuch, nach Gas gebohrt – und hat auch welches gefunden. Es ist das bisher einzige kommerziell ausgebeutete Gasvorkommen der Schweiz. Dort hat man durch die gesamten mesozoischen Schichten hindurch gebohrt, also auch durch den Malm, der dort über 400 Meter dick ist. In der Bohrung Entlebuch war der obere Malm stark durchlässig, wie man sich das eben auch für eine Geothermiebohrung wünscht. Ähnliche Kalkschichten kommen auch im Jura oder im Schaffhauser Randen vor. In den Tiefbohrungen Lindau bei Winterthur, Herdern bei Frauenfeld oder in Kreuzlingen hat man den Malm ebenfalls erbohrt.

Hanspeter Spörri: Als Geologe haben Sie also beispielsweise mit Gesteinsschichten zu tun, die sich bereits vor der Entstehung der Alpen, also vor mehr als 35 Millionen Jahren, als Ablagerungen in einem Meer gebildet hatten...

Henry Naef: ...und durch die Faltung der Alpen in die Tiefe gedrückt, zusammengeschoben und wieder emporgehoben wurden. Der Alpstein entstand beispielsweise aus Material, das damals weit im Süden lag. Gesteinsschichten, die weiter nördlich entstanden, finden sich heute in der Tiefe. Ein Gebiet von damals 100 bis 200 Kilometern Ausdehnung wurde durch die Alpenfaltung auf einen Bereich von etwa 20 Kilometern zusammengeschoben. Das Material, das heute den Säntis bildet, lag im Laufe dieses Prozesses einmal rund fünf Kilometer unter der Erdoberfläche. Die Spuren des hohen Drucks und der hohen Temperatur sind im Gestein heute nachweisbar.

Hanspeter Spörri: Bisher hat noch niemand in St.Gallen so tief gebohrt. Man hat die Schicht also noch nicht gesehen.

Henry Naef:Aber wir kennen die grossräumlichen Resultate von seismischen Untersuchungen – mit Schallwellen und Vibrationen, deren Echo aufgefangen und ausgewertet wurde –, die im Rahmen der Suche nach Erdöl in der ganzen Schweiz gemacht wurden. Wir wissen also doch einiges über den Untergrund. Es braucht dann schon noch detaillierte regionale Abklärungen. Indirekt – mit Hilfe der Computerauswertung – kann man diese Schichten sogar «sehen».

Hanspeter Spörri:Eine solche Tiefbohrung ist teuer?

Henry Naef: Zwischen 10 und 20 Millionen Franken pro Bohrung. Für die Erdöl-Industrie ist dies alltäglich. Für Ölborungen wird noch ca. 2 Kilometer tiefer gebohrt. Je tiefer man bohrt, desto teurer wird es.

Hanspeter Spörri: Und wie ertragreich kann eine Geothermie-Bohrung sein?

Henry Naef: Man kann den Wärmefluss aus der Tiefe berechnen, der konstant für Nachschub sorgt; wir kennen die Wärmeleitfähigkeit des Gesteins; wir kennen den Durchmesser der Bohrung, den Wasserfluss, den dieses zulässt... Sind die angetroffenen Verhältnisse wie erhofft, so kann man eine Stromproduktion betreiben plus ein Fernwärmenetz mit einigen Tausend Haushalten bedienen.

Hanspeter Spörri: Wenn die Bohrung das gewünschte Resultat ergibt, könnte man versucht sein, in der Nähe weitere Bohrungen zu veranlassen. Darf man also von einer unerschöpflichen und gewissermassen unbegrenzten Energiequelle sprechen?

Henry Naef: Die Erschöpflichkeit liegt allenfalls in den Kosten. Und in der Ergiebigkeit des Untergrundes. Was St. Gallen vorhat, ist eine Pioniertat, wenn auch eine wohl überlegte, eine, die zeigt, dass man hier die Zeichen der Zeit erkannt hat. Aber klar ist sie mit dem Risiko verbunden, dass der Ertrag geringer ausfällt als erhofft.

Hanspeter Spörri: Was sind die nächsten Schritte?

Henry Naef: Das Projekt muss seriös vorbereitet werden. Man wird also weitere seismische Untersuchungen machen. Das ermöglicht es, das Ziel der Bohrungen festzulegen, also möglichst Bereiche von Brüchen und Verwerfungen, wo mit zusätzlichen Hohlräumen zu rechnen ist. Man muss auch einen optimalen Bohrstandort an der Oberfläche finden. Da es dort während der Bohrung zu Emissionen kommen wird, ist sicher eine Umweltverträglichkeitsprüfung nötig.

Hanspeter Spörri: Ein Standort ist noch nicht festgelegt?

Henry Naef: Man erwartet geeignete Gebiete, im Osten und im Westen St. Gallens. Man muss beim Bohrstandort aber auch berücksichtigen, dass dort später ein Kraftwerk gebaut werden kann und an ein Fernwärmenetz angeschlossen werden kann.

Hanspeter Spörri: Sind die aktuellen Energiepreise hoch genug, damit sich das Unterfangen kommerziell lohnt?

Henry Naef: Es ist ein Pilotunternehmen, eine Investition in die Zukunft, mit der man Erfahrungen sammelt, das Knowhow vergrössert; und man weiss, dass Energie knapp wird; die Preise sind so volatil wie noch nie. Mögliche Einspeisevergütungen und Beiträge des Bundes bringen die Kosten für die Stadt St.Gallen in einen vertretbaren Rahmen.

Hanspeter Spörri: Verdient diese Energie die Bezeichnung «Alternativ-Energie»? Ist es eine absolut nachhaltige Form der Energiegewinnung?

Henry Naef: Erneuerbaren Energien sind sicher eine Alternative zu den nicht erneuerbaren Energien. Die Nutzng der Geothermie, insbesondere aus grösseren Tiefen bedingen aber noch viel Grundlagenarbeiten. Wir brauchen auch viel bessere Kenntnisse des tiefen Untergrundes, den wir noch nicht sehr gut kennen. Diese Erforschung und Erschliessung muss sorgfälting gemacht werden. Die Sache ist also nicht vergleichbar mit Sonnen- oder Windenergie, wo die Randbedingungen im Wesentlichen bekannt sind. Die Geothermie ist aber ein riesiges, eigentlich unerschöpfliches Potential vorhanden. Deshalb ist es sinnvoll, diesen Weg weiter zu gehen.

Weitere Informationen:

Amt für Umwelt und Energie der Stadt St. Gallen