KONATES: Modellversuch zur Nutzung kontaminierter Aquifere für eine Wärmebewirtschaftung mit ATES-Anlagen

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KONATES

KONATES: Modellversuch zur Nutzung kontaminierter Aquifere für eine Wärmebewirtschaftung mit ATES-Anlagen

01.08.2022 bis 31.07.2025


Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Leipzig, Department Umweltinformatik
Permoserstraße 15
04318 Leipzig

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Geowissenschaften (Aquatische Geochemie und Hydrogeologie)
eneotech Umwelt GmbH Ludwigshafen

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Thermische Energiespeicherung in Aquiferen

Die unterirdische Speicherung thermischer Energie in Grundwasserleitern (Aquifer Thermal Energy Storage, ATES) kann nicht zuletzt wegen des begrenzten Platzangebotes für den urbanen Raum einen wichtigen Beitrag zur saisonalen Wärmebewirtschaftung liefern. In Städten sind insbesondere oberflächennahe Grundwasserleiter häufig mit Schadstoffen verunreinigt und nicht für die Trinkwasserversorgung nutzbar. Im Rahmen des Verbundprojekts KONATES soll der zyklische Betrieb eines ATES in kontaminierten Aquiferen untersucht werden, um die thermische Bewirtschaftung mit einer möglichen Grundwassersanierung zu verbinden. Als Fallbeispiele dienen der »Wissenschaftspark Leipzig« (Sachsen) und einzelne Schadensfälle im Bereich des Ökologischen Großprojekts (ÖGP) Bitterfeld-Wolfen (Sachsen-Anhalt), die typische Kontaminationen für urbane und industrielle Standorte aufweisen.

Das Projekt KONATES gliedert sich in insgesamt sieben Arbeitspakete (AP). Während das erste Arbeitspaket alle Aufgaben der Projektkoordination umfasst, beschäftigt sich AP2 mit der Standorterkundung zur Vorbereitung der geplanten ATES Testanlage im Wissenschaftspark Leipzig. Hierzu sollen bereits vorhandene Daten ausgewertet und durch Probennahmen sowie ergänzende Untersuchungen komplettiert werden. Weitere Arbeitsschwerpunkte bilden die Erstellung hochaufgelöster numerischer Modelle, die Bohrung von Monitoring- und Infiltrationsbrunnen sowie die Installation der obertägigen Versuchsanlage mit Wärmetauscher und Reinigungsmodul. Im Rahmen des dritten Arbeitspakets erfolgen die Erstellung eines standortspezifischen Erkundungs- und Monitoringkonzepts sowie das geochemische und mikrobiologische Basislinien-Monitoring des Leipziger Standortes. Weiterhin ist ein zyklischer Testbetrieb der ATES Versuchsanlage vorgesehen, um deren chemisch-physikalische Reinigungsleistung zu erproben. In AP4 soll die Erprobung der obertägigen Reinigung des kontaminierten Grundwassers mit der Testanlage erfolgen, die von Laboruntersuchungen zur Enteisenung, Enthärtung und Schadstoffelimination begleitet wird. Ferner sind Untersuchungen zur Effizienz, Kinetik und Stabilität der Prozesse geplant sowie die Optimierung von Betriebsparametern und Ermittlung von Leistungskenngrößen der ATES Testanlage. Im fünften Arbeitspaket sind Felduntersuchungen zur Analyse der Auswirkungen des ATES Betriebes vorgesehen. Neben der Analyse von Schadstoffkonzentrationen werden Haupt- und Spurenelemente sowie der Abbau leichtflüchtiger halogenierter Kohlenwasserstoffe untersucht. Weiterhin ist die Bestimmung möglicher Veränderungen der Biozönose in Grundwasser- und Sedimentproben vorgesehen sowie die Identifikation von Schlüsselorganismen für den Schadstoffabbau. Parallel zu den Felduntersuchungen erfolgen in AP6 Laboranalysen zur Prognose der biogeochemischen Auswirkungen der Wärmespeicherung. Hierbei werden auch Proben ausgewählter Schadensfälle des Standorts Bitterfeld berücksichtigt. Im Zentrum des siebten Arbeitspaketes stehen geochemische Untersuchungen zur Betriebssicherheit von ATES Anlagen. Hierzu gehören Prozesse, welche zu Ausfällung, Clogging, Gasbildung, Biofouling sowie Biokorrosion führen und verschiedene Anlagenteile betreffen können. Es ist geplant, geeignete Monitoring-, Mitigations- und Regenerationsmaßnahmen zu entwickeln. Abschließend erfolgt die Erstellung eines Leitfadens (Handbuch) mit Handlungsempfehlungen zur Kombination von Wärmespeicherung mit Sanierungsmaßnahmen an urbanen und industriellen Standorten.

Weitere Informationen sind der Projektwebseite des UFZ zu entnehmen.