Einfluss oberflächennaher Wärmegewinnung auf geochemische Prozesse im Grundwasserleiter

Kurzfassung

Die geothermische Nutzung oberflächennaher Grundwasserleiter, sowohl zur Wärmegewinnung als auch zur Wärmespeicherung, verursacht Temperaturveränderungen im Grundwasser, die das geochemische Gleichgewicht von Mineralen beeinflussen können. Die hier vorgestellten Modellierungen und Laborversuche haben gezeigt, dass für quartäre Sedimente Nordwestdeutschlands Temperaturveränderungen im Wesentlichen das Löslichkeitsverhalten von Silikaten (amorphe Kieselsäure, Illit, Kalifeldspat, Albit) beeinflussen. In bestimmten Lagen konnte bei Temperaturabsenkung auch eine Veränderung in dem Löslichkeitsverhalten von Alunit ermittelt werden. Ebenso wurde festgestellt, dass bei einem Temperaturanstieg im Grundwasser mit Calcitausfällungen zu rechnen ist. Eine Abschätzung der Porenraumveränderung, verursacht durch die Mineralfällungen, hat ergeben, dass es zu keiner signifikanten Verringerung des Porenraums kommt. Im Gegenteil würde sich der Porenraum in den meisten Tiefen bei einer Temperaturveränderung geringfügig vergrößern. Verursacht wird dies durch ein Lösen der Feldspäte. Bei der Betreibung oberflächennaher geothermischer Anlagen sind nach den Ergebnissen dieser Arbeit somit keine nachteiligen Veränderungen der hydraulischen Eigenschaften der hier untersuchten quartären Grundwasserleiter zu erwarten.

Abstract

The geothermal use of nearsurface aquifers for heat extraction and storage leads to temperature changes affecting the geochemical equilibrium of minerals. The modeling and experiments presented in this paper have shown that precipitation and solution of minerals can be generated. This study shows that, in quaternary sediments of Northwestern Germany, changes in temperature mainly effect the solubility of silicates (Amorphous Silica, Illite, K-feldspar, Albite). Besides the Silicates Alunite plays a crucial role. Furthermore a probable precipitation of Calcite was detected at temperature increase in groundwater. An estimate of the changes in pore space due to mineral precipitation showed no significant reduction. On the contrary, at most depths the pore space would slightly widen with temperature change. This is caused by feldspar solution. Thus, at the prosecution of nearsurface geothermal installations no unfavourable changes in the hydraulic properties of the studied quaternary aquifers are to be expected.