Nachhaltige Zukunft: Geothermie im Norddeutschen Becken liefert Wärme und kritische Rohstoffe für die Energiewende

Gleichzeitige Nutzung von Wärme und kritischen Rohstoffen aus Geothermie im Norddeutschen Becken

Ein interdisziplinäres Perspektivenpapier unter der Leitung von Prof. Dr. Simona Regenspurg vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung fasst den aktuellen Stand zur Gewinnung von Lithium und Kupfer aus heimischen Thermalwässern zusammen. Die Studie, die im Fachjournal Geothermics veröffentlicht wurde, beleuchtet Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit und definiert fünf zentrale Erfolgsfaktoren für die zukünftige Forschung.

Hintergrund und Bedeutung

Die Versorgung mit kritischen Rohstoffen sowie die Nutzung regenerativer Wärmequellen sind wesentliche Herausforderungen für die Energiewende hin zu einer CO2-armen Gesellschaft. Die gleichzeitige Gewinnung von Wärme und Rohstoffen aus mineralreichen Thermalwässern geothermischer Anlagen stellt eine potenzielle Lösung dar. Das Norddeutsche Becken bietet hierfür vielversprechende Bedingungen, wie das Perspektivenpapier verschiedener Helmholtz-Forschungszentren in Zusammenarbeit mit weiteren Institutionen zeigt.

Die Wärmeversorgung macht in Deutschland etwa die Hälfte des Gesamtenergieverbrauchs aus, wobei klimafreundliche Alternativen bislang nur unzureichend genutzt werden. Tiefe Geothermie könnte mindestens ein Viertel dieses Bedarfs decken – rund um die Uhr, CO2-arm und unabhängig von geopolitischen Einflüssen.

Parallel steigt der Bedarf an kritischen Rohstoffen wie Lithium und Kupfer erheblich, da sie für moderne Technologien, Elektrifizierung und Energieinfrastrukturen unverzichtbar sind. Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostiziert beispielsweise eine Verfünfzigfachung des Lithiumbedarfs bis 2040.

Versorgungssicherheit und Diversifizierung

Die Abhängigkeit von wenigen Förderländern und geopolitische Spannungen erhöhen die Risiken für die Versorgungssicherheit. Daher verfolgt die Bundesregierung gemeinsam mit der EU das Ziel, Bezugsquellen zu diversifizieren und heimische Produktionskapazitäten auszubauen, um Importabhängigkeiten zu verringern und nachhaltigere Förderbedingungen zu schaffen.

Konzept der Ko-Förderung von Geothermie und kritischen Rohstoffen

Tiefe Thermalwässer enthalten aufgrund geologischer Gegebenheiten oft kritische Metalle wie Lithium, Strontium, Bor und Kupfer. Die gleichzeitige Nutzung dieser Ressourcen mit der geothermischen Wärmeerzeugung kann die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Projekte verbessern. Prof. Dr. Regenspurg erläutert, dass die Rohstoffgewinnung neue lokale Wertschöpfungsketten ermöglichen kann.

Am Beispiel des Norddeutschen Beckens wurden geologische Daten, Laboranalysen und technische Modelle kombiniert, um Chancen und Herausforderungen der Ko-Förderung zu analysieren. Erkenntnisse aus dem Geothermieforschungsstandort Groß Schönebeck flossen dabei ein.

Technisches Verfahren

Förderung von heißem, mineralhaltigem Wasser aus mehreren tausend Metern Tiefe
Wärmeübergabe an Fernwärmenetze oder industrielle Anwendungen mittels Wärmetauscher
Extraktion von Lithium, Kupfer und weiteren Metallen vor oder nach der Wärmeübergabe
Rückführung des abgekühlten Wassers in den Untergrund über eine zweite Bohrung

Die Studie diskutiert außerdem verschiedene Extraktionsverfahren sowie deren Vor- und Nachteile.

Aktuelle Pilotprojekte und Potenziale im Norddeutschen Becken

Erste Pilotanlagen existieren beispielsweise im Salton Sea (Kalifornien) und im Oberrheingraben (Deutschland/Frankreich), wo die Solelösungen als wirtschaftlich vielversprechend gelten. Ein kommerzieller Betrieb zur Lithiumgewinnung aus geothermischen Quellen ist bislang jedoch noch nicht etabliert.

Das Norddeutsche Becken zeichnet sich durch günstige geothermische Eigenschaften wie Temperaturgradient, Porosität und Durchlässigkeit aus. Dort existieren bereits mehrere Forschungs- und kommerzielle Standorte, weitere Projekte sind in Planung.

Die salzhaltigen Thermalwässer enthalten Lithiumkonzentrationen von bis zu 600 mg/l. Erste Schätzungen beziffern das Lithiumpotenzial im Becken auf bis zu 26,5 Millionen Tonnen Metall, entsprechend etwa 141 Millionen Tonnen Lithiumcarbonat. Auch für Kupfer bestehen aufgrund geologischer Formationen und Erfahrungen in Groß Schönebeck gute Aussichten.

Herausforderungen bei der Ko-Produktion

Komplexität des Prozesses erfordert umfassendes Verständnis der geologischen und hydraulischen Bedingungen
Entwicklung umweltverträglicher und kosteneffizienter Fördertechnologien, angepasst an hochsalzhaltige Mehrkomponenten-Flüssigkeiten
Berücksichtigung von Umweltaspekten und gesellschaftlicher Akzeptanz als Voraussetzung für Genehmigungen und nachhaltigen Betrieb

Fünf zentrale Erfolgsfaktoren

Identifikation geologischer Formationen mit erhöhten Lithiumkonzentrationen
Langfristige Förderung von lithiumreichem Tiefenwasser mit ausreichender Förderrate
Effiziente, selektive und schnelle Extraktion von Lithium während des Thermalwasserkreislaufs
Materialbeständigkeit gegenüber den anspruchsvollen Bedingungen im Untergrund
Umweltverträglichkeit, Genehmigungsfähigkeit und gesellschaftliche Akzeptanz

Fazit und Ausblick

Obwohl die unkonventionellen Quellen kritischer Rohstoffe den traditionellen Bergbau kurzfristig nicht ersetzen werden, stellen sie eine wichtige Ergänzung für eine diversifizierte und nachhaltige Rohstoffversorgung dar. Die Ko-Förderung von Lithium, Kupfer und geothermischer Wärme bietet großes Potenzial, um den steigenden Bedarf an Metallen und Energie umweltfreundlich zu decken.

Die bisherigen Ergebnisse am Beispiel des Norddeutschen Beckens sind vielversprechend, erfordern jedoch weitere Demonstrationsprojekte, um technische und wirtschaftliche Machbarkeit zu belegen.

Förderung und Projektpartner

Die Studie wurde im Rahmen des „Helmholtz-Forum Erde und Umwelt“ im Projekt CuLiWell erstellt und teilweise durch das EU-Forschungsprogramm Horizon Europe (Projekt „CRM-geothermal“, Fördervereinbarungsnummer 101058163) sowie das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Projekt „Li-Fluids“, Förderkennzeichen 03EE4034A/B) finanziert.

Projektpartner sind unter anderem das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, das Karlsruher Institut für Technologie, Fraunhofer IEG, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), BWG Geochemische Beratung GmbH, GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung, die Universitäten Kiel und Potsdam sowie die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR).

Weiterführende Informationen und Publikationen

Kontakt

Prof. Dr. Simona Regenspurg
Arbeitsgruppenleiterin Sektion 4.3 Geoenergie
GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung
Telefon: +49 (0)331 6264 1437
E-Mail: simona.regenspurg@gfz.de

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