GEOTHERMIE

Verstärkung des BedrettoLab
in den Tiefen des Berges zur Erforschung von Wärme und Energie

Im für den Furka-Basistunnel gebauten Lüftungsstollen verbirgt sich ein hochmodernes Forschungslabor der ETH. Nun kommt zu den zwei Kilometern, die der Erforschung geothermischer Phänomene dienen, ein weiterer hinzu.

von Valeria Camia

Seit einigen Wochen erfolgen die Verlängerung und der Ausbau des BedrettoLabs, das unterirdische Labor, das von der Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) im Bedretto-Fenster geleitet wird: Der Tunnel mit Eingang im Tessin, der in den 70er Jahren zum Bau des Furka-Eisenbahnbasistunnels diente, und der heute verwendet wird, um Geothermie und Erdbeben zu erforschen. Derzeit erstreckt sich der ausgestattete Teil des Tunnels über ungefähr zwei Kilometer (der insgesamt fünf), aber in den letzten Wochen wurde die Beleuchtung auch auf weiteren 900 Metern eingerichtet, und in diesem „neuen“ Teil ist der Bau von Lüftungskanälen und anderen Konsolidierungsarbeiten im Gange (die Arbeiten müssten gegen Ende des Sommers abgeschlossen sein). In der Zwischenzeit wird auch der Laborbereich erweitert, um den Reichtum, den die Felsen unter dem Tunnel enthalten, immer genauer zu untersuchen: Wasser und Wärme, also saubere Energie. Eine erneuerbare, aber nicht einfach zu nutzende „Quelle“.

Die Entwicklung der Geothermie erfolgt durch das Projekt VALTER (VALidating of TEchnologies for Reservoir Engineering, finanziert vom Bundesamt für Energie). Aber auch die Erforschung von Erdbeben, wie bereits erwähnt, steht im Mittelpunkt der Arbeit der Forscher des BedrettoLab, durch die Projekte FEAR (Fault Activation and Earthquake Rupture, ein Synergy-Projekt des CER) und MISS (Mitigating Induced Seismicity for Successful Geo-Resources Applications, finanziert von der Stiftung Werner Siemens). Und gerade in den letzten Tagen trafen sich in Bedretto und Airolo die Experten der ETHZ, der deutschen Universität RWTH Aachen und des nationalen Instituts für Geophysik und Vulkanologie Rom, um eine Bestandsaufnahme über FEAR und den Merkmalen dieses so fortschrittlichen und besonderen Labors - dem BedrettoLab - zu machen, das sich im längsten Tunnel der Alpen ohne Abdeckung (d. H. ohne Betonverkleidung) befindet: Eine privilegierte Position, um die geologische Struktur und die Beschaffenheit des Gesteins besser zu untersuchen. Ein Labor, in dem sich die Forscher, das muss betont werden, zwangsweise mit einer speziellen Schutzausrüstung, einem individuellen Ortungsgerät und einer Sauerstoffschutzmaske - bewegen müssen, wenn man bedenkt, dass sich 1.500 Meter Berg „darüber“ befinden...

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Was geschieht im Tunnel? «In Zusammenarbeit auch mit der Fachhochschule der italienischen Schweiz (SUPSI - Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana) - erklärt Ticino Scienza Professor Domenico Giardini, Direktor des Verwaltungsrats von BedrettoLab - schliessen wir gerade die Arbeit zur „Stimulierung“ der unterirdischen Gesteinsvolumen» ab. Danach wird ein Zeitraum von fünf Jahren folgen, in dem wir heisses und kaltes Wasser zirkulieren lassen, um zu sehen, wie viel Energie monatlich und jährlich gespeichert und zurückgewonnen werden kann. Weil im BedrettoLab, wie bereits erwähnt, insbesondere sichere Techniken zur Gewinnung von Geothermik erforscht werden.

Alles begann 2019, erzählt uns Giardini: «Mit der nationalen Energiestrategie von 2013, die später als Gesetz verabschiedet wurde, wurde der Ausstieg aus der Kernenergie (die bis heute circa 36 % des Stroms in der Schweiz produziert) und der Umstieg auf neue erneuerbare Energieformen beschlossen. Dazu gehört die tiefe Geothermie, die sich die Fähigkeit des Gesteins zu nutze macht, die innere Wärme der Erde zu speichern (ein Umstand, den jeder von uns unter anderem erleben kann, wenn wir zum Beispiel den Gotthardtunnel durchqueren und sehen, dass das Thermometer steigt). Beim Abstieg in die Tiefe haben wir alle tausend Meter einen Temperaturanstieg von ungefähr 25/30 Grad, was bedeutet, dass bereits in einer Tiefe von fünf Kilometern Temperaturen erreicht werden, die ausreichen, um Strom zu produzieren». 

Um geothermische Energie zu gewinnen können Erdwärmesonden, Tiefbohrungen oder Grundwasserbrunnen (also unterirdisch) genutzt werden. Die letztere Option ist besonders im geologischen Kontext der Schweiz ideal, wo die zahlreichen hydrothermalen Quellen (also Wasser, das auf natürliche Weise in der Tiefe innerhalb von Sedimentgesteinen zirkuliert) es ermöglichen, die Fähigkeit des Wassers zu nutzen, Wärme zu absorbieren und zu transportieren. Allerdings haben diese Gewässer keine ausreichenden Temperaturen für die Stromerzeugung. Es wäre also denkbar, das Wasser tiefer durch Grundgestein (z. B. Granit) fliessen zu lassen und künstlich eine Reihe von Mikrorissen zu erzeugen. Aber hier wird es kompliziert. «In der Vergangenheit - erinnert sich Giardini - verursachten in St. Gallen und im Baselgebiet die Felsinjektions- und Stimulationsarbeiten für den Bau eines Geothermiekraftwerks in der Gegend lokale Erdbeben, die an der Oberfläche wahrgenommen wurden und zum Stopp des Projekts führten. Im Bedretto-Tunnel führen wir Forschungen durch und befassen uns mit der Entwicklung von Technologien, um genau die Risiken im Zusammenhang mit der Geothermie zu senken und zu beherrschen. Indem wir kleine Wassermengen in das Gestein, in hunderte Meter tiefe Brunnen unter dem Labor injizieren erzeugen wir Mikroereignisse von wenigen Zentimetern oder Millimetern, die daher an der Oberfläche nicht wahrgenommen werden, aber dazu dienen, kleine Änderungen der hydromechanischen Eigenschaften des Gesteins zu erkennen. Mit anderen Worten, wir arbeiten daran zu verstehen, wann kleine Ereignisse grösser und katastrophaler werden könnten, und verhindern so, dass diese Probleme auftreten».

Und als wir fragen, ob dieselben Sicherheitstests nicht auch in herkömmlichen Labors durchgeführt werden könnten, stellt der Geophysiker klar, dass im BedrettoLab keine tiefe Geothermie betrieben wird, die Arbeiten in einer Tiefe von fünf Kilometern erfordern würde, ohne die Möglichkeit zu haben, die erzeugten Phänomene genau zu untersuchen. «Das BedrettoLab ermöglicht es, die Trennung zwischen dem, was in den Forschungszentren an der Oberfläche getestet wird, und dem, was in der Tiefe passiert, zu vermeiden - erklärt Giardini.» - Wir führen Experimente an einem Gesteinsvolumen von dreihundert Metern Grösse durch und messen mit Hunderten von Sensoren, die im Gestein installiert sind, alle möglichen physikalischen und chemischen Parameter wie Druck, Temperatur, Variation seismischer Wellen, die es uns ermöglichen zu verstehen, wie das Gestein bricht und wie es sich verhält: Auf diese Weise, lebensgross, aus nächster Nähe und mit einem solchen Detailreichtum war es noch nie zuvor gemacht worden».

Unter den grössten Herausforderungen sind zwei dringend, wie der Professor betont. Die erste betrifft die Zentralisierung des Netzwerks. Projekt wie das BedrettoLab erfordern die Zusammenarbeit auf verschiedenen Ebenen mit Industriekonzerne und Universitäten, die im Land und auch im europäischen Kontext präsent sind, um zu vermeiden, dass sich mehrere Zentren auf dieselben Experimente konzentrieren, und um angemessene Finanzierungen zu sammeln, um die Forschung mit den bestmöglichen Techniken durchzuführen und das Testgebiet zu erweitern.

Die zweite Herausforderung betrifft die Annahme der tiefen Geothermie von der Bevölkerung. Denjenigen, die sich über die Zukunft der erneuerbaren Energien Gedanken machen und nach Beweisen fragen, reicht es nicht zu erklären, dass der gesamte Schweizer Untergrund eine ähnliche Beschaffenheit hat und die Geothermie daher von uns in grossem Umfang genutzt werden kann. Es sind Beweise nötig. «Die im Bedretto-Tunnel durchgeführten Tests - schliesst Giardini ab - gehen in die Richtung, sichere Injektionstechniken zu entwickeln und geben damit objektive Antworten zur Nachhaltigkeit der Geothermie».