Herr Professor Henk, Sie haben den Lehrstuhl Ingenieurgeologie inne. Was versteht man unter Ingenieurgeologie?

Die Ingenieurgeologie – ebenso wie die Geophysik – gehört zu den Geowissenschaften. Sie verbindet geologisches Wissen über den Untergrund mit ingenieurwissenschaftlichen Fragestellungen. Im Mittelpunkt steht die Frage: Wie ist der Untergrund aufgebaut und wie verhält sich das Gestein unter Belastung? Dieses Wissen wird beispielsweise beim Bau von Häusern, Brücken, Tunneln oder Böschungen benötigt, damit Bauwerke sicher geplant werden können. Dieselben Methoden lassen sich aber auch in mehreren Kilometern Tiefe anwenden – etwa bei der Erschließung von Tiefengeothermie. Genau daran forschen wir.

Geophysik, speziell die Angewandte Geophysik, nutzt wiederum verschiedene Methoden zur Erkundung des Untergrundes, in der Regel von der Erdoberfläche aus – oder auch in Bohrlöchern. Die geophysikalischen Untersuchungen messen beispielsweise Ausbreitungsgeschwindigkeiten elastischer Wellen oder elektrische Widerstände und liefern dadurch wichtige Informationen zur Lage von Schichtgrenzen und Störungen, den natürlichen Bruchzonen im Untergrund. Die Erkenntnisse werden dann beispielsweise für die Bohrpfadplanung oder für unsere geomechanischen Modellierungen genutzt.

Herr Dr. Mair, Sie beschäftigen sich innerhalb des Forschungsprojekts mit „Messverfahren zur Kartierung oberflächennaher geologischer Strukturen“. Welche Erkenntnisse konnten Sie bislang sammeln?

Ziel der Untersuchungen ist es, die Eignung moderner geophysikalischer Verfahren zur Kartierung oberflächennaher geologischer Strukturen bis in etwa 100 Meter Tiefe unter realen Bedingungen zu analysieren. Zum Einsatz kommen Scherwellenseismik, die einen speziellen Typ elastischer Wellen nutzt, sowie geoelektrische Messverfahren und Georadar. Die beiden Messkampagnen im vergangenen Jahr haben unseren methodischen Ansatz bereits bestätigt. Mithilfe der gewonnenen Daten konnten wir außerdem Bruchzonen nachweisen, die geologisch betrachtet noch jung sind, und so die Zusammenhänge zwischen den oberen Bodenschichten und tieferliegenden geologischen Strukturen besser verstehen. Von den Messungen Ende Juli in Wörth am Rhein erwarten wir weitere Erkenntnisse über die Störungszone, die in rund drei Kilometern Tiefe unter der geplanten Geothermieanlage verläuft.

Herr Professor Henk, ein weiteres Forschungsfeld ist die geomechanische Modellierung, die zur Untersuchung des Spannungsfelds im Untergrund dient. Was haben Sie sich hier vorgenommen?

Bei den Arbeiten geht es darum, die mechanischen Spannungen im Untergrund möglichst genau vorherzusagen. Dafür nutzen wir Computermodelle, wie sie auch im Ingenieurwesen – etwa bei der Entwicklung von Fahrzeugen oder Brücken – eingesetzt werden. Der geologische Untergrund, der mithilfe der 3D-Seismik abgebildet wurde, ist dabei die Grundlage des Modells. Die Eigenschaften der Gesteine werden wir dann anhand von Bohrkernen aus der ersten Geothermiebohrung in Wörth am Rhein bestimmen, die im Labor untersucht werden. Mithilfe numerischer Berechnungsverfahren können wir anschließend simulieren, wie sich die Spannungen im Untergrund verteilen. Diese Erkenntnisse helfen dabei, weitere Bohrungen gezielt zu planen und später den Betrieb eines Geothermiekraftwerks zu optimieren. Außerdem lassen sich Bereiche identifizieren, in denen natürliche Bruchzonen im Gestein besonders gut durchlässig sind und das heiße Wasser leichter zirkulieren kann.

Inwiefern beeinflusst es Ihre Forschung positiv, Teil eines öffentlich geförderten Konsortialprojekts zur Erschließung von Tiefengeothermie zu sein?

Andreas Henk: Das Konsortialprojekt ermöglicht uns den Zugang zu wertvollen Daten, die für unsere Forschung entscheidend sind und sonst nur schwer verfügbar wären. Dazu gehören insbesondere die umfangreichen 3D-Seismikdaten und die Erkenntnisse aus den Bohrungen. Die Zusammenarbeit zwischen Industriepartnern und Forschungseinrichtungen ist dabei eine Win-win-Situation: Die Praxis bringt wichtige Daten und Fragestellungen ein, während die Wissenschaft neue Methoden entwickelt und Erkenntnisse liefert, von denen zukünftige Projekte profitieren können.

Johannes Mair: Wir stehen in engem Austausch mit den Kolleginnen und Kollegen der Universität Göttingen, des LIAG und des igem. Die Ergebnisse der einzelnen Forschungsbereiche ergänzen sich und fließen in unsere Arbeiten ein – und umgekehrt. Durch regelmäßige gemeinsame Arbeitstreffen, sowohl online als auch persönlich, ist eine sehr gute und konstruktive Zusammenarbeit entstanden.

Was finden Sie an der Tiefengeothermie am Oberrheingraben besonders interessant?

Andreas Henk: Die Tiefengeothermie bietet eine Vielzahl hochinteressanter Fragestellungen wissenschaftlicher und praktischer Art. Entscheidend ist nicht nur, dass es in mehreren Kilometern Tiefe heiß genug ist. Das Gestein muss auch ausreichend durchlässig sein, damit heißes Wasser zirkulieren und die Wärme an die Oberfläche transportieren kann. Gleichzeitig spielen viele weitere Faktoren eine Rolle – etwa die chemische Zusammensetzung des Tiefenwassers oder die mechanischen Eigenschaften des Gesteins. Das Zusammenspiel all dieser Faktoren ist für ein erfolgreiches Projekt von Bedeutung.

Johannes Mair: Der Oberrheingraben gehört geologisch zu den spannendsten Regionen Deutschlands. Hier treffen unterschiedliche Gesteinsarten aufeinander, die sich für die Nutzung der Tiefengeothermie eignen. Gleichzeitig wird der Untergrund von zahlreichen natürlichen Bruchzonen durchzogen, entlang derer sich Gesteinsschichten im Laufe von Millionen Jahren um mehrere Hundert Meter gegeneinander verschoben haben. Für diese komplexen Strukturen leistet die Geophysik einen wichtigen Beitrag, in dem sie bereits vor einer Bohrung den Untergrund erkundet und die Erfolgschancen eines Projekts deutlich verbessert.

Wie können andere Geothermieprojekte von Ihrer Arbeit profitieren?

Andreas Henk: Die Erkundungsverfahren und Berechnungsmodelle, die wir im Rahmen von DEKAPALATIN einsetzen und weiterentwickeln, sind allgemein anwendbar. Ziel ist es, am Ende des Projekts einen praktisch erprobten Werkzeugkasten an Methoden bereitzustellen, die sich sehr gut auf andere Geothermieprojekte übertragen und anpassen lassen. Das hilft zukünftigen Projekten, das Risiko von Fehlbohrungen zu minimieren, Kosten zu sparen und die Geothermie sicherer und wirtschaftlicher auszubauen.

Herzlichen Dank für das Gespräch! 

Andreas Henk 

Andreas Henk leitet das Fachgebiet Ingenieurgeologie am Institut für Angewandte Geowissenschaften der TU Darmstadt. Nach dem Studium der Geologie/Paläontologie an der Universität Mainz und einigen Jahren in der Industrie promovierte und habilitierte er an der Universität Würzburg. Im Anschluss an eine Professur für Angewandte Geologie an der Universität Freiburg wechselte er 2012 auf seine jetzige Position. Seine Forschungsinteressen liegen im Bereich der Untergrunderkundung mit geophysikalischen Verfahren sowie der Prognose von Spannungen und Kluftnetzwerken mittels numerischer Simulationen.

Johannes Mair

Johannes Mair ist Geophysiker und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Ingenieurgeologie der TU Darmstadt. An seiner Arbeit fasziniert ihn besonders die Verbindung von Geländemessungen, moderner Datenanalyse und gesellschaftlich relevanten Anwendungen. Im Projekt DEKAPALATIN leitet und analysiert er die geophysikalischen Messkampagnen, um mit diesen Verfahren den oberflächennahen Untergrund zu untersuchen.