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Elektro-Impuls-Verfahren : Bohren wie der Blitz

  • -Aktualisiert am

Elektroschock: Mit Stromstößen den Fels brechen Bild: BINE Informationsdienst

Mit diesem Verfahren lassen sich Löcher billiger und schneller in hartes Gestein bohren. Die Forscher nutzen dabei die Gewalt elektrischer Entladungen.

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          Die besten Wärmenester für große Geothermieanlagen, die Strom und Fernwärme produzieren, befinden sich fast ausschließlich unter härtestem Fels. Bohrmeißel beißen sich daran oft die Zähne aus. Sie kommen langsam voran und müssen häufig ausgetauscht werden. Bohrtiefen von mehr als 1000 Meter - das ist die Regel, wenn das Ziel Regionen sind, in denen die benötigten Temperaturen von deutlich mehr als 100 Grad Celsius herrschen - sind deshalb nur mit hohem Aufwand zu erschließen. Erst recht dann, wenn sich herausstellt, dass die Bohrung nicht fündig ist, wie Geologen sagen, die Temperatur also unter der vermuteten liegt. Dann lässt sich das geplante Heizkraftwerk nicht realisieren.

          Dresdner Maschinenbauer haben jetzt gemeinsam mit Kollegen der Bergakademie Freiberg und einigen Spezialunternehmen eine Methode namens Elektro Impuls Verfahren (EIV) entwickelt, mit dem sich Löcher billiger und schneller in hartes Gestein bohren lassen. Die Forscher nutzen die Gewalt elektrischer Entladungen. Sie plazieren mehrere kreisrund angeordnete Elektroden im Abstand des gewünschten Lochdurchmessers auf den Stein und schicken schlagartig Strom hindurch. Der entlädt sich wegen der hohen Spannung von 400.000 Volt wie ein Blitz und hat ähnliche Wirkung. Alles, was sich zwischen den Elektroden befindet, wird bis in eine gewisse Tiefe weggesprengt.

          Und hier das Ergebnis: das Loch
          Und hier das Ergebnis: das Loch : Bild: BINE Informationsdienst

          So arbeitet sich der Bohrkopf Blitzschlag für Blitzschlag in die Tiefe. Das sogenannte Bohrklein, wie die Gesteinskrümel fachmännisch genannt werden, wird von einer Flüssigkeit mit hohem Druck herausgespült. Um die Blitze nicht zu neutralisieren, darf sie elektrischen Strom nicht leiten.

          Die Anlage hat eine Leistung von überschaubaren 20 Kilowatt. Es ist geplant, sie auf 25 Kilowatt zu erhöhen, um noch schneller voranzukommen. Bei Tiefen von Hunderten Metern würde viel Energie in den Kabeln verlorengehen, die zum Bohrkopf führen. Deshalb haben sich die Entwickler für die Bereitstellung der Energie an Ort und Stelle entschieden. Der Strom wird von einem Turbogenerator erzeugt, der von der Spülflüssigkeit angetrieben wird.

          Konventionelle Bohrer schaffen oft nur einen Meter je Stunde. Alle 50 bis 60 Einsatzstunden muss der Bohrmeißel gewechselt werden. Das dauert, weil das gesamte Gestänge ans Tageslicht gezogen werden muss, oft 20 Stunden. Das entfällt beim EIV. „Unser Bohrkopf geht einfach nicht kaputt“, sagt Günter Kunze, Professor für Baumaschinen- und Fördertechnik an der Dresdner Universität und Mitglied des Entwicklerteams. Deshalb ist die Zeiteinsparung hoch, obwohl der EIV-Sprengkopf auch nicht schneller vorankommt als der klassische Bohrer. Die Anlage hat schon echte Felsen bearbeitet, allerdings auf einem Versuchsstand. Feldversuche sind geplant.

          Bisher sind in Deutschland knapp 30 Geothermie-Kraft-, Heiz- und Heizkraftwerke in Betrieb. Wegen des hohen Risikos von Fehlbohrungen sind die Bestrebungen, weitere Anlagen dieser Art zu bauen, nicht sonderlich ausgeprägt. Das könnte sich mit EIV ändern.

          Wenn eine Bohrung Erfolg hat, die wärmeführenden Schichten also getroffen sind, wird eine Flüssigkeit hineingepumpt. Sie erhitzt sich und erreicht durch ein zweites Bohrloch wieder die Erdoberfläche. In einem Wärmetauscher gibt sie ihre Energie ab. In Heizwerken wird sie ins Fernwärmenetz eingespeist. In Heizkraftwerken wird zusätzlich Strom erzeugt. Mit Wasser und Dampf funktioniert das allerdings nicht, weil die Temperaturen zu niedrig sind. Stattdessen verdampft meist eine organische Flüssigkeit, die bei relativ geringen Temperaturen siedet.

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