Blick auf den Bohrplatz (Foto: Jagert – Fraunhofer IEG)

Grubenwasser heizt und kühlt Bochumer Innovationsquartier MARK 51°7

Auf MARK 51°7, dem Innovationsquartier in Bochum, ist im Oktober die erste Bohrung gestartet worden, um das Energiepotenzial von Grubenwasser für eine kombinierte Wärme- und Kälteversorgung nutzbar zu machen.

Die Stadtwerke Bochum planen über ihr Tochterunternehmen FUW GmbH in Zusammenarbeit mit der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG, das Grubenwasser aus dem Bergwerk der ehemaligen Zeche Dannenbaum, deren Schächte (Hugo und Schiller) unter MARK 51°7 liegen, über Bohrungen bis in ca. 800 und 300 Metern Tiefe zu nutzen.

Wärmepumpen nutzen das rund 30 Grad Celsius warme Grubenwasser

Für die Wärmeversorgung soll das rund 30 Grad Celsius warme Grubenwasser der ehemaligen Zeche Dannenbaum zu Tage gefördert, über Wärmepumpen auf ca. 45 Grad Celsius erwärmt und anschließend in das Netz abgegeben werden.

Auch für die Kälteversorgung der entstehenden Immobilien wird das Grubenwasser genutzt. Dafür wird eine zweite Bohrung errichtet, die aus einer Tiefe von etwa 330 Metern ca. 18 Grad Celsius „kaltes“ Wasser fördern kann.

Zur Vorbereitung der Bohrungen wurden auf Basis des Bohrkonzeptes, welches unter maßgeblicher Beteiligung des Fraunhofer IEG erarbeitet wurde, zunächst der Bohrplatz erstellt und zwei 3,40 mal 3,40 Meter große und 6 Meter tiefe sogenannte Bohrkeller ausgehoben worden.

Grubenwasser aus zwei Bohrungen in 800 und 300 Metern Tiefe

Dort nahm dann die elektro-hydraulisch betriebene Bohranlage des Typs „Wirth B 4A“, deren Bohrgerätemast rund 18 Meter in die Höhe ragt, ihre Arbeit auf. Die Anlage, die über eine Rückzugskraft von bis zu 720 Kilonewton (kN) verfügt, wird die ehemalige Steinkohlezeche und das dort vorhandene Grubenwasser über zwei Bohrungen – circa 800 Meter bzw. ca. 300 Meter tief – erschließen.

Im März 2022 haben das Fraunhofer IEG und die Stadtwerke Bochum dann auch die zweite Geothermiebohrung in rund 820 Metern erfolgreich abschließen können.

Das natürliche Energiepotenzial des Grubenwassers wird Prognosen zufolge durch diese optimale energetische Ausnutzung zu mehr als 75 Prozent den Wärme- und Kältebedarf der angeschlossenen Abnehmer decken.

Der verbleibende Wärmebedarf wird aus dem Fernwärmenetz der FUW GmbH gedeckt. Kältemengen, die an sehr heißen Tagen zusätzlich erforderlich sind, werden über konventionelle Kälteanlagen an das Kältenetz von MARK 51°7 übergeben.

Pumptests auf dem Gelände MARK 51°7 in Bochum waren erfolgreich

Aus dem alten Grubengebäude kann aus rund 300 bzw. 800 Metern Tiefe genug warmes und kaltes Grubenwasser gefördert werden. Das geothermische Potenzial unter dem geplanten Gewerbegebiet ist damit ausreichend, um rund 70 bis 75 Prozent des Wärme- und Kältebedarfs der Unternehmen und Forschungseinrichtungen auf dem Areal mit klimafreundlicher Wärme und Kälte zu decken. Das ist das erfreuliche Ergebnis der Pumptests, die Anfang 2023 durchgeführt wurden.

Im März 2023 ließen die FUW GmbH, eine Tochtergesellschaft der Stadtwerke Bochum, und die Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG spezielle Tauchkreiselpumpen auf rund 300 Meter in die Bohrpfade ab. Über 17 Tage sammelten verschiedene Sensoren und Messeinrichtungen sowohl Daten zu Temperatur, Druckverhältnissen, Fördervolumen und Zusammensetzung des Grubenwassers als auch Leistungsdaten der Förderpumpen und mögliche seismische Auswirkungen.

Dabei konnten die vorab ermittelten bzw. erwarteten Parameter weitestgehend bestätigt werden. Einzig die Grubenwassertemperatur in der 8. Sohle (-820 m) lag, anders als vorab erwartet, nicht bei 30 Grad Celsius, sondern lediglich bei 27-28 Grad Celsius. Hier wird nun überprüft, ob und inwiefern die niedrigeren Temperaturen eine Anpassung der Anlagenkonfiguration erfordern.

Auf Grundlage der positiven Messergebnisse starten die vorbereitenden Arbeiten zur Errichtung der Energiezentrale Ost. Dort soll die im Grubenwasser enthaltene Wärme- und Kälteenergie mit Wärmepumpen auf das Temperaturniveau gebracht werden, das für die Versorgung der Kunden erforderlich ist.

Für die Wärmeversorgung soll das rund 27-28 Grad Celsius warme Grubenwasser des ehemaligen Steinkohlebergwerks Dannenbaum über Wärmepumpen auf ca. 48 Grad Celsius erwärmt und anschließend in das Netz abgegeben werden. Auch für die Kälteversorgung der entstehenden Immobilien wird das Grubenwasser genutzt. Dafür wird aus einer Tiefe von etwa 340 Metern ca. 17 Grad Celsius „kaltes“ Wasser gefördert.

Grubenwasser-Beheizung vermeidet 3.200 Tonnen CO₂ pro Jahr

Das neue Energiekonzept leistet einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz. Dank der Nutzung der nachhaltigen und erneuerbaren Energiequelle des Grubenwassers werden klimaschädliche Treibhausgasemissionen (CO₂), verglichen mit einer konventionellen Wärme- und Kälteversorgung mit Erdgasbetrieb und elektrischen Kompressionskältemaschinen, in Summe um rund 3.200 Tonnen pro Jahr reduziert.

Die Bochum Perspektive GmbH bereitet das 70 Hektar große Gelände MARK 51°7 des ehemaligen Opel-Werks I auf und vermarktet es. Auf diese Weise sollen auf dem Gelände in den kommenden Jahren mehr als 10.000 Arbeitsplätze entstehen.

Alle Projektpartner arbeiten mit Hochdruck daran, dass der Pilotstandort MARK 51°7 auch als Referenz für weitere Wärme- und Kältenetze der 5. Generation dienen kann. Der Aufbau der innovativen Wärme- und Kälteversorgung für MARK 51°7 wird aus Mitteln des EU-Interreg-Programms North-West Europe und des BMWi-Förderprogramms „Wärmenetze 4.0“ unterstützt.

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