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Neuer Bohrer: Strom-Blitze sollen Tiefengeothermie fördern

Ein in Dresden und Freiberg entwickeltes neues Bohrverfahren hat das Potenzial, die Bohrkosten für die Tiefengeothermie deutlich zu reduzieren. Mit dem sogenannten Elektro-Impuls-Verfahren wurde jetzt erstmals erfolgreich Gestein in einem echten Bohrloch durch Strom-Blitze zerstört.

Drei Doktoranden des Forschungsprojektes am EIV-Bohrkopf der Versuchsanlage auf dem Campus der TU Bergakademie Freiberg (Foto: TU Bergakademie Freiberg / Detlev Müller)

Drei Doktoranden des Forschungsprojektes am EIV-Bohrkopf der Versuchsanlage auf dem Campus der TU Bergakademie Freiberg (Foto: TU Bergakademie Freiberg / Detlev Müller)

Mit Hilfe des sogenannten Elektro-Impuls-Verfahren wird Gestein durch Blitze zerstört und muss nicht mehr mühsam per Bohrkopf zerschlagen werden. Dass das Elektro-Impuls-Verfahren nicht nur im Labormaßstab funktioniert, haben nun die Arbeiten an der Probebohrung bewiesen.

Beim Elektro-Impuls-Verfahren (kurz EIV) werden pro Sekunde ca. 25 Blitze mit einer Spannung von 500.000 Volt durch das Gestein geschickt. Das entspricht ungefähr der Spannung, mit der die großen Kraftwerke ihren Strom in die Netze einspeisen. Die Blitze sprengen das Bohrklein gewissermaßen aus der Bohrlochsohle.

Eine Biltzstoßspannung wird an eine Elektrode angelegt. Durch den Potentialunterschied zu einer zweiten Elektrode kommt es zu einer Streamerentladung durch das Gestein. Durch die hohe Energie und der schlagartigen Ausdehnung des Streamers werden hohe Zugspannungen im Gestein erzeugt, die zu einem Sprödbruch und damit zum Herauslösen der Cuttings führen.

Die Erzeugung der Elektroimpulse erfolgt direkt im Bohrloch. Dazu wird ein mehrstufiges System bestehend aus Bohrmotor, Getriebe, Generator, Transformator, Gleichrichter, Impulsgenerator und Elektrode benötigt. Alle Komponenten werden in den Bohrstrang integriert und müssen den harten Bedingungen im Bohrloch standhalten. Eine der größten Herausforderungen für die elektronischen Komponenten stellt die hohe Temperatur von bis zu 200°C dar, die in einer Geothermiebohrung erreicht werden kann.

Das Verfahren arbeitet im Gegensatz zu konventionellen Bohrmeißeln berührungsfrei und ohne bewegliche Teile. Der ständige teure Aus- und Wiedereinbau des mehrere Kilometer langen Bohrgestänges zum Auswechseln stumpfer Meißel entfällt beim EIV und reduziert schon allein dadurch die Bohrkosten erheblich.

In kristallinen Gesteinen, wie z. B. Granit und Gneis, soll der EIV-Bohrkopf doppelt so schnell vorankommen wie eine konventionelle Bohranlage. Rund 500 Stunden soll der EIV-Bohrkopf ohne Unterbrechung unter Tage arbeiten, ohne dass er zum zeitaufwändigen Werkzeugwechsel ans Tageslicht hochgezogen werden muss. Die langen Standzeiten werden vor Allem durch den verschleißarmen Einsatz der Elektroden möglich.

Das vom Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau der TU Bergakademie Freiberg, dem Institut für Baumaschinen und dem Institut für Hochspannungstechnik der TU Dresden sowie Partnern aus der Industrie (Bauer Maschinen GmbH, GeoThermal Engineering, BITS Engineering, Baker Hughes, Werner Industrielle Elektronik und ILEAG e.V.) entwickelte Elektro-Impuls-Verfahren hat das Potenzial, die Kosten für tiefe Geothermie-Bohrungen im Hartgestein, zum Beispiel im Granit, so weit zu senken, dass die z. B. hydrothermale Nutzung von Erdwärme zur umweltfreundlichen Erzeugung von Wärme und Strom in weiten Regionen Deutschlands wirtschaftlich werden könnte.

Neben der bohrtechnischen Erschließung weiterer Tiefer Geothermiequellen kann das Elektro-Impuls-Verfahren auch in der Öl- und Gasindustrie, die vorwiegend in Sedimentgesteinen bohrt, helfen, die Bohrgeschwindigkeit zu erhöhen und die Standzeiten zu verringern.

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"Neuer Bohrer: Strom-Blitze sollen Tiefengeothermie fördern" wurde am 15.09.2017 verfasst