Niklas Geißler, Gruppenleiter Mikro-Bohrtechnologie am Fraunhofer IEG, benennt den Ausgangspunkt des Projekts: Viele Geothermie-Projekte erreichen die erwarteten Wärmeleistungen nicht, weil die Fördermengen an Tiefenwasser zu klein ausfallen. Die Micro Turbine Drilling (MTD)-Bohrtechnik soll bestehende Bohrungen gezielt erweitern und dadurch die Erfolgschancen von Projekten steigern.
Zum Einsatz kommt ein neuer Bohrprototyp mit der MTD-Technologie in einer drei Kilometer tiefen Bohrung des tschechischen Forschungszentrums RINGEN (Research Infrastructure for Geothermal Energy) in Litoměřice. Der Prototyp erbohrt von der vorhandenen Bohrung aus kleine Seitenäste, sogenannte Micro-Sidetracks, und ergänzt sie so um zusätzliche Abzweige zum Untergrund. Diese Seitenäste vergrößern die Kontaktfläche zwischen Bohrloch und Gestein und verbessern die Wasserdurchlässigkeit für Förderung und Injektion von Flüssigkeiten.
Schematische Darstellung einer Hauptbohrung, die durch die Micro-Sidetracks ergänzt und an die Geologie angeschlossen wurden (© Fraunhofer IEG)
Im Vergleich zu konventioneller Perforation reichen sie fünf- bis zehnmal tiefer in die Formation und vermeiden schädigende Effekte im Gestein. Dadurch steigt die Menge an warmem Wasser, die sich aus einem bestehenden Brunnen gewinnen lässt. Das Verfahren kommt ohne klassische Bohranlage aus und eignet sich für bestehende oder reaktivierte Bohrungen. Die Forschenden untersuchen, wie stark sich die Leistungsfähigkeit des Systems dadurch verbessert.
Projektentwickler und Anlagenbetreiber können mit diesem Ansatz bestehende Investitionen weiter nutzen und technische Risiken verringern. Der Bedarf an geothermischen Lösungen wächst mit dem Ausbau klimaneutraler Wärmeversorgung. Gleichzeitig müssen Projekte wirtschaftlicher und zuverlässiger werden, um einen größeren Beitrag zur Wärmeversorgung von Städten und Industrie zu leisten.
Mikroturbine treibt Bohrkopf per Wasserdruck an
Das Verfahren basiert auf einer Mikro-Bohrturbine von weniger als fünf Zentimetern Länge und weniger als vier Zentimetern Breite. Wasserdruck aus einem flexiblen Schlauch treibt die Rotation der Turbine an. Ein Ablenkschuh führt die Turbine in der gewünschten Tiefe seitlich aus dem bestehenden Bohrloch. Der diamantbestückte Bohrkopf zerkleinert das Gestein bei hoher Drehzahl, Wasser spült das Bohrklein aus. Der Vortrieb liegt je nach Gestein bei rund einem Meter pro Stunde. Kameras, akustische Sensoren und Rückflussanalysen überwachen den Prozess und ermöglichen präzises Arbeiten auch in engen Bohrlöchern.
Das MTD lässt sich in unterschiedlichen Gesteinstypen einsetzen, darunter kristalline Hartgesteine wie Granit oder Basalt, Sedimentgesteine wie Sandstein, Tonstein und Kalkstein sowie Evaporite wie Halit. Die Bohrtechnik eignet sich damit für Anwendungen im Grundwassermanagement, im Erdöl- und Erdgasbereich, für die Erschließung geothermischer Reservoire, für den Lithiumbergbau aus Solen sowie für untertägige Energiespeicher.
Neben der praktischen Erprobung in Litoměřice führt das Konsortium Laborversuche im Schweizer Untergrundlabor BedrettoLab durch, verbessert digitale Modelle und baut ein Echtzeit-Überwachungssystem für den Betrieb von Geothermieanlagen auf.
Konsortium koordiniert Entwicklung über vier Jahre
UPLIFT steht für “Unlocking Petrothermal Lithologies through Innovative Fracture Technologies”. Das Projekt läuft noch bis April 2030 und wird über das Programm Horizon Europe von der EU mit rund 10,9 Millionen Euro gefördert.
Das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung koordiniert das Konsortium. Dazu gehören unter anderem das Fraunhofer IEG, die tschechische Charles University, Geo-Energie Suisse, die Solexperts AG, das schwedische Fraunhofer-Chalmers Centre for Industrial Mathematics, die ETH Zürich sowie die European Federation of Geologists. Das Gesamtprojekt verfügt über ein Budget von rund 12,2 Millionen Euro.
