Mit dem Laser durchs Gestein

  • 11. October 2017

Verfahren für Bohrungen in großer Tiefe senkt Kosten der Geo­thermie.

Der Einsatz regenerativer Energien umfasst nicht nur die Erzeugung von Strom aus Sonne, Wind, Wasser­kraft oder Bio­masse, sondern auch von Geo­thermie zur Gewin­nung von Wärme, Kälte oder Strom durch Kraft-Wärme-Kopplung. Beson­ders ertrag­reich sind Geo­thermie-Bohrungen in tiefere Schichten der Erd­kruste. Doch mit zuneh­mender Tiefe steigen die Kosten der Bohrungen durch den Ver­schleiß der Bohr­werk­zeuge und niedrige Vor­triebs­raten über­propor­tional – und damit auch das wirt­schaft­liche Risiko.

Laserversuchsstand

Abb.: Laserversuchsstand für die Prozess­unter­suchung ver­schie­dener Gesteine und Hoch­leistungs­materi­alien. (Bild: Fh.-IPT)

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie in Aachen entwickelt gemein­sam mit Partnern im Forschungs­projekt „Laser­Jet­Drilling“ ein Ver­fahren, das die Kosten für Geo­thermie-Bohrungen in großer Tiefe deut­lich senken und damit eine flächen­deckende Erd­wärme­ver­sor­gung in Deutsch­land fördern kann.

Das neue Bohrverfahren kann dazu beitragen, die Investitionskosten besonders tiefer Geo­thermie-Bohrungen deut­lich zu senken. Zusätz­lich zu einem konven­tio­nellen Bohr­kopf setzen die Projekt­partner auf einen wasser­ge­führten Hoch­leistungs-Laser­strahl. Um selbst hartes Gestein wie Granit zu brechen, ist eine Energie von bis zu dreißig Kilo­watt erfor­der­lich, die durch den Wasser­strahl ziel­ge­richtet in das Bohr­loch ein­ge­bracht wird und so den mecha­nischen Bohr­prozess unter­stützt. Auf diese Weise ver­ringert sich der Ver­schleiß des Bohr­werk­zeugs auf ein Minimum – bei gleich­zeitig schnel­lerem Bohr­fort­schritt. Der Wasser­strahl führt dabei nicht nur den Laser­strahl bis auf das Gestein, sondern ver­hindert gleich­zeitig auch Ver­un­reini­gungen der empfind­lichen Laser­optiken.

Das System basiert auf einer Technologie, die der assozi­ierte Partner Synova aus der Schweiz ursprüng­lich für die Mikro­bear­bei­tung ent­wickelt hat. Diesen techno­lo­gischen Ansatz im großen Maß­stab auch auf Geo­thermie-Bohrungen zu über­tragen, ist das Ziel des Forschungs­projekts, das im November 2017 abge­schlossen wird. Das Projekt­konsor­tium aus fünf Industrie­partnern unter Leitung des Fraun­hofer-IPT ent­wickelte dafür sowohl den Bohr­strang, die Bohr­krone mit dem Laser­kopf und einen optischen Dreh­koppler zur Über­gabe der Laser­strahlung in den rotie­renden Bohr­strang als auch eine leistungs­fähige Strahl­quelle und die Pumpen­technik für den laser­unter­stützten Bohr­prozess. Die Industrie­taug­lich­keit der Projekt­ergeb­nisse wollen die Partner noch bis zum Abschluss des Projekts durch reale Bohr­versuche in festem Gestein vali­dieren.

Durch die Ergebnisse des Projekts kann es gelingen, die Kosten tiefer Geo­thermie-Bohrungen beträcht­lich zu senken und Erd­wärme als jeder­zeit verfüg­bare Energie­quelle in Deutsch­land nutz­bar zu machen. Diese Energie­form kann damit einen Teil der Grund­last im Energie­mix über­nehmen und regene­rative Energie­quellen wie Sonne, Wind und Wasser­kraft gegen­über fossilen Brenn­stoffen und Kern­energie ver­gleichs­weise umwelt­schonend und risiko­arm ergänzen.

Fh.-IPT

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