DGE-ROLLOUT – Die Aufgaben des GD NRW

Ein Meeresbecken mit geothermischem Potenzial

Die Entstehung des Rhenoherzynischen Meeresbeckens begann vor etwa 400 Millionen Jahren. Im Erdzeitalter des Devons und des Karbons wurden hier mehrere Tausend Meter mächtige Sedimente – darunter marine Kalksteine und kalkhaltige Tonsteine – abgelagert. Später folgte die Gebirgsauffaltung dieser Gesteinsschichten; sie bauen heute zu einem großen Teil das Rheinische Schiefergebirge auf. Nach Norden hin tauchen die Gesteinsschichten in große Tiefen ab, was sie für die Tiefengeothermie besonders interessant macht. Ein zentraler Vorteil der mächtigen Karbonatgesteine ist, dass sie durch Verkarstung und stellenweise Dolomitisierung im Laufe der Jahrmillionen eine erhöhte Wasserwegsamkeit und somit ein erhöhtes geothermisches Potenzial erhielten.

Innerhalb des Rhenoherzynischen Beckens ist die unterkarbonische Kohlenkalk-Gruppe großräumig ausgebildet und besitzt in entsprechender Tiefe ein hohes geothermisches Potenzial. Gemeinsam mit seinen Projektpartnern hat der GD NRW diese Schichteinheit als Zielhorizont mit oberster Priorität ausgewählt. Das Wissen über ihre Tiefenlage, Mächtigkeit, Struktur und Fazies wird durch das Projekt vertieft und damit der Explorationserfolg für dieses vielversprechende Reservoir erhöht. Weitere interessante Zielhorizonte für die Tiefengeothermie in Nordrhein-Westfalen sind insbesondere die tiefer liegenden mittel- bis oberdevonischen Massenkalke sowie die kreidezeitlichen Karbonatgesteine des Münsterlandes. Der GD NRW strebt an, diese in weiteren Erdwärme-Projekten zu untersuchen.

Vielversprechendes tiefengeothermisches Reservoir: das Rhenoherzynische Becken

Datenanalyse und erste 3D-Modelle

Sowohl in den Archiven des GD NRW als auch bei den Projektpartnern schlummert ein geowissenschaftlicher Datenschatz zur Kohlenkalk-Gruppe. Um aussagekräftige 3D-Modelle zu erstellen, wurde dieser Datenbestand gesichtet und nach Relevanz bewertet. Wesentliche Informationen wurden digitalisiert und veraltete Daten neu interpretiert. Lücken in der Datenlage wurden bzw. werden nach Möglichkeit geschlossen. Diese Sondierung der Datenlage, deren Ergänzung und Auswertung sind essenziell für die Umsetzung des Projektes, auch in Bezug auf die geplanten Bohrungen und seismischen Messungen.

Der neu erstellte Datensatz bildet die Grundlage für ein grenzübergreifendes, großflächiges 3D-Untergrundmodell der Kohlenkalk-Gruppe in Nordwesteuropa. An seiner Erstellung ist ein Großteil der DGE-ROLLOUT-Partner beteiligt. Die vorläufigen Tiefen- und Mächtigkeitskarten aus jedem Partnerland wurden Ende 2020 fertiggestellt. Sie werden nun zu einer flächendeckenden grenzübergreifenden 3D-Tiefen- und Mächtigkeitskarte zusammengefügt. Die Informationen aus diesem Untergrundmodell können dann über ein Geoinformationssystem (GIS) abgerufen und für die geothermale Charakterisierung unterschiedlicher Standorte verwendet werden.

Kernbohrungen für mehr Wissen

Um geothermisch relevante Merkmale der Kohlenkalk-Gruppe in Nordrhein-Westfalen genauer zu untersuchen, sind bis in das Jahr 2022 vier Erkundungsbohrungen geplant. Die erste Bohrung führte der GD NRW im Januar 2020 bei Heiligenhaus durch. Sie erreichte eine Tiefe von 200 Meter und erbohrte einen Großteil der Heiligenhaus-Formation, die zur Kohlenkalk-Gruppe im Großraum Velbert gehört. Die Gesteine sind nahezu vollständig dolomitisiert und stellenweise stark verkarstet. Die Bohrkernaufnahme und erste geochemische Messungen haben im GD NRW bereits stattgefunden. An der Ruhr Universität Bochum, der TU Darmstadt und in der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG werden weitere geochemische und petrophysikalische Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse sollen wichtige Fragen klären: Gehören die Gesteinsschichten bei Heiligenhaus zu einer Karbonatplattform, die sich von Nordfrankreich über Belgien und die Niederlande bis in den Raum Düsseldorf erstreckt? Oder handelt es sich bereits um einen Übergangsbereich mit turbiditischen Schüttungen am Hang der Plattform, wie sie am Ostrand des Velberter Sattels aufgeschlossen sind?

Aus mehr als 170 Meter Tiefe erbohrte verkarstete Kalksteine der Heiligenhaus-Formation aus dem Oberen Kohlenkalk.

Im Herbst 2020 bohrte der GD NRW bei Wülfrath-Düssel am Westrand der Herzkamper Mulde. Die erbohrten 200 Meter des Unterkarbons bestehen zum größten Teil aus schwarzen Schiefern mit unterschiedlich stark ausgeprägten Karbonatanteilen. Hierbei handelt es sich um Tiefseesedimente der Kulm-Fazies. Somit ist nun klar, dass sich der Übergangsbereich zur Tiefsee zwischen den Orten Heiligenhaus und Wülfrath-Düssel befinden muss, die etwa 12 Kilometer auseinander liegen. Proben dieser Bohrung werden derzeit an der Universität Köln untersucht. Auch hier sind wichtige neue Erkenntnisse für die geologische Landesaufnahme zu erwarten. Unter anderem soll das genaue Alter der Gesteine eingegrenzt werden.

Eine rund 100 Meter tiefe Bohrung wurde im Juni 2021 in Eschweiler-Hastenrath niedergebracht. Die hier erbohrten mehr als 349 Millionen Jahre alten Gesteine der Unterkarbon- und Oberdevon-Zeit bestätigen das hydrothermische Potenzial für die Tiefengeothermie. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich größtenteils auf die nur wenige Kilometer nördlich zu erwartenden Gesteinsvorkommen im tiefen Untergrund übertragen. Dort soll zukünftig umwelt- und klimafreundliche Energie aus heißem Tiefenwasser gewonnen und in das vorhandene, bislang durch das Braunkohlekraftwerk Weisweiler versorgte Wärmenetz eingespeist werden.

Eine weitere Bohrung war für die zweite Jahreshälfte 2022 in Duisburg-Rahm geplant, wo die Kohlenkalk-Gruppe nahe der Erdoberfläche vorkommt. Die 130 Meter tiefe Erkundungsbohrung hat den unterkarbonzeitlichen Kalkstein nach nur 11 Metern Lockersediment erreicht. Der Kohlenkalk ist reich an Fossilien und von zahlreichen Spalten – sogenannten Klüften – durchzogen. Entlang dieser Klüfte kann im Untergrund heißes Wasser durchlaufen.