Ein neuer Ansatz zur Vermeidung induzierter Seismizität
Der Schlüssel zur Realisierung der europäischen Klimaziele könnte unter der Erde liegen. „Von erneuerbarer geothermischer Energie bis zur CO2-Abscheidung und -Speicherung bergen unterirdische Ressourcen das Potenzial, Europa zu einer erheblichen Reduzierung CO2-Emissionen zu verhelfen“, sagt Víctor Vilarrasa, Forscher am Spanischen Nationalen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster). Das Problem besteht darin, dass zur Bergung dieser unterirdischen Ressourcen Flüssigkeiten in den Erduntergrund eingeleitet oder aus ihm entnommen werden müssen. Durch diese Aktivitäten werden der Porendruck, die Temperatur, der Spannungszustand und die geochemische Zusammensetzung der geologischen Formationen geändert. Sie können also Seismizität auslösen. Induzierte Seismizität bedeutet, dass menschliche Aktivitäten Erdbeben und Erschütterungen verursachen, wie dies bei Geothermieprojekten in Südkorea und der Schweiz sowie bei einem Projekt zur unterirdischen Energiespeicherung in Spanien der Fall war. „Ein Erdbeben, das durch ein Geoenergieprojekt ausgelöst wird, ist natürlich nicht gut für die öffentliche Wahrnehmung, sodass mehrere Initiativen abgesagt wurden“, fügt Vilarrasa hinzu. Was die Geoenergiebranche – einschließlich Geothermie, CO2-Abscheidung und -Speicherung sowie unterirdische Energiespeicherung – braucht, ist die Möglichkeit, induzierte Seismizität vorherzusagen und abzuschwächen. Diese Möglichkeit wurde über das EU-finanzierte Projekt GEoREST(öffnet in neuem Fenster) bereitgestellt.
Ein tieferes Verständnis der induzierten Seismizität nach Injektion
Das Projektteam, das vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) unterstützt wurde, hat das Verständnis für die Auslöser der induzierten Seismizität nach der Injektion erheblich verbessert. „Traditionell wurde angenommen, dass die Kontrolle des Porendrucks das Risiko der induzierten Seismizität verringern könnte“, erklärt Vilarrasa. „Dies gilt jedoch nur für die Injektion in einen einzelnen Bruch oder in eine einzelne Verwerfung. Bei den meisten der heutigen großen Geoenergieprojekte wird jedoch in ein Netz von Brüchen und Verwerfungen injiziert.“ Bei einigen Verwerfungen wird sich die Stabilität während der Injektion zwar verbessern – da sich die Brüche und das intakte Gestein durch den Druck ausdehnen – doch diese Stabilität ist nur vorübergehend. Nach Beendigung der Injektion fällt der Porendruck um die Injektionsbohrung herum rasch ab, was eine poromechanische Spannungsrelaxation auslöst, durch die jede stabilisierende Wirkung rückgängig gemacht wird und möglicherweise die während der Injektion stabilisierten Störungen reaktiviert werden.
Ein fortschrittliches numerisches Modell zur Vorhersage induzierter Seismizität
Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen des Projekts ein numerisches Modell erstellt, bei dem nicht nur Porendruckänderungen, sondern auch Faktoren wie poromechanische Spannungen, kühlungsinduzierte Spannungsänderungen, statische Spannungsübertragung und verformungsinduzierte Porendruckänderungen berücksichtigt werden. Das innovative Prognosemodell wurde in einer rückwirkenden Studie über die induzierte Seismizität in einem unterirdischen Gasspeicher in Spanien getestet. Dabei stellte sich heraus, dass die Erdbeben durch eine Kombination von Mechanismen ausgelöst wurden, darunter der Auftrieb des injizierten Gases, poromechanische Spannungsänderungen und statische Spannungsübertragung durch aseismisches Gleiten der Verwerfung, die den Abschluss der Speicherformation bildete. „Mit dem hybriden Vorhersagemodell, bei dem die effektiven Spannungsänderungen numerisch berechnet werden, um die Seismizitätsrate abzuschätzen, und unter Verwendung statistischer Seismologie konnten wir Stimulationsprotokolle ermitteln, die das Erdbeben der größten Stärke nach dem Stopp der Injektion verhindert hätten“, erklärt Vilarrasa. Laut Vilarrasa können Betreiber und Entscheidungsverantwortliche das GEoREST-Vorhersagemodell nutzen, um Geoenergieprojekte zu optimieren und gleichzeitig das Risiko induzierter Erdbeben zu minimieren. In der Tat wurde dies bereits im Fall von Basel in der Schweiz getestet, wo das numerische Modell des Projekts verwendet wurde, um das geeignetste Stimulationsprotokoll für ein erweitertes geothermisches System zu ermitteln.
