Ein Forschungsteam des UFZ testet eine Anlage zur unterirdischen Speicherung thermischer Energie, die gleichzeitig belastetes Grundwasser reinigt. Die Eneotech Umwelt Gmbh ist ein wichtiger Partner in diesem zukunftsweisenden Projekt.
Die Nutzung thermischer Energie in Grundwasserleitern kann einen wesentlichen Beitrag zum CO2-freien Wärmemanagement leisten. Jedoch sind besonders oberflächennahe Grundwasserleiter in städtischen und industriellen Gebieten oft mit Schadstoffen verunreinigt, was ihre uneingeschränkte Nutzung als saisonaler Wärmespeicher erschwert. Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und der eneotech Umwelt GmbH haben nun im Rahmen des Forschungsprojekts KONATES am UFZ-Standort in Leipzig eine Pilotanlage in Betrieb genommen. Diese Anlage dient als Wärmetauscher und entfernt gleichzeitig Schadstoffe aus dem Grundwasser. Sie könnte als Modell für eine CO2-arme, energetische Bewirtschaftung kontaminierter Grundwasserleiter dienen.
Teil der Pilotanlage am UFZ-Standort Leipzig. Die Anlage kombiniert Grundwasserreinigung mit Wärmespeicherung.
Grundwasserleiter (Aquifere) sind essentiell, da sie vielerorts Trink- oder Brauchwasser liefern. Darüber hinaus können sie als saisonale Wärmespeicher dienen. UFZ-Forschende in Leipzig nutzen einen bis zu 5 Meter mächtigen Grundwasserleiter, in dem das Grundwasser unter dem UFZ-Gelände in etwa 12 Meter Tiefe mit einer konstanten Temperatur von 14 Grad Celsius und einer Geschwindigkeit von etwa einem Meter pro Tag durch sandigen Kies fließt. “Entnimmt man dem Grundwasserleiter im Sommer Wasser und entzieht ihm über Wärmetauscher die Kälte, kann man Gebäude kühlen und das erwärmte Wasser zurück in den Untergrund pumpen. Im Winter kann die gewonnene Wärme zum Heizen von Gebäuden genutzt werden”, erklärt Prof. Holger Weiß, Koordinator des Forschungsprojekts KONATES. Das Besondere: Die ATES-Anlage (Aquifer Thermal Energy Storage) soll nicht nur Wärme und Kälte für einen zukünftigen CO2-freien Wissenschaftspark erzeugen, sondern auch das mit chlorierten Kohlenwasserstoffen belastete Grundwasser reinigen – eine typische Altlast an vielen Stadt- und Industriestandorten.
Im Wissenschaftspark Leipzig hat das Team um Geologe Holger Weiß eine Pilotanlage errichtet. Hier wird das Grundwasser aus dem Aquifer über einen Brunnen nach oben gepumpt und in zwei Container geleitet. Dort wird das Wasser erwärmt und in aufeinanderfolgenden Zyklen zurück in den Untergrund gepumpt. “Unsere Modellierungen zeigen, dass bei den konkreten hydraulischen Randbedingungen eine Wärmerückgewinnung von 25 Prozent möglich ist. Ein höherer Wirkungsgrad ist in dieser Erprobungsphase nicht beabsichtigt”, so Holger Weiß. Feldexperimente untersuchen zudem, welche Mikroorganismen bei unterschiedlichen Temperaturen im Grundwasser vorkommen und ob diese die Schadstoffe abbauen. Untersuchungen an einem ähnlichen Grundwasserleiter bei Wittstock (Testfeld TestUM der Uni Kiel) zeigten, dass sich die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft zwischen 45 und 60 Grad Celsius Wassertemperatur drastisch ändert. Unklar ist jedoch, ob die überlebenden Mikroorganismen genau jene chlorierten Kohlenwasserstoffe abbauen, die den Aquifer unter dem UFZ-Gelände belasten. Voruntersuchungen ergaben, dass Mikroorganismen der Gattung Dehalococcoides, die chlorhaltige Verbindungen abbauen können, weit verbreitet sind. Das Forschungsteam erwärmt das entnommene Wasser auf bis zu 80 Grad Celsius und ermittelt die optimale Temperatur für den Schadstoffabbau.
Herausforderungen und innovative Lösungsansätze
Das Forschungsteam untersucht auch die biogeochemischen Auswirkungen des mikrobiellen Abbaus auf die technische Ausrüstung. Mikroorganismen können bei erhöhten Temperaturen Biofilme bilden, die Filterschlitze in den Brunnen verstopfen. Zudem kann Korrosion an Anlagenteilen und Probleme bei der Behandlung des harten Leipziger Grundwassers auftreten, wenn Kalk oder Eisen durch Erwärmung ausfallen. Neue Reinigungsmethoden werden erprobt. Bisher werden chlorierte Kohlenwasserstoffe über Aktivkohle absorbiert, was eine aufwendige Regeneration oder Entsorgung erfordert. Als nachhaltige Alternative sollen am UFZ entwickelte Zeolith-Adsorber getestet werden. Diese Filtermaterialien können vor Ort regeneriert und wieder eingesetzt werden. Die eneotech Umwelt GmbH bringt hier ihre Expertise im Bereich der innovativen Filtertechnologien ein.
Überwachung und Ausblick
Aus den Containern wird das behandelte Grundwasser über einen zweiten Brunnen zurück in den Aquifer gepumpt, wo es sich abkühlt. Ein dritter Brunnen überwacht, dass das Grundwasser beim Verlassen des Geländes den Temperaturgrenzwert von 16 Grad Celsius nicht überschreitet. Zwölf Messstellen geben Auskunft über Temperaturen, Schadstoffbelastung und Bakterienstämme im Grundwasserleiter.
Bis Mitte 2025 haben die Forschenden Zeit für die Experimente, um die Leistungsgrenzen der ATES-Pilotanlage zu ermitteln. Anschließend wird ein Leitfaden mit Empfehlungen erstellt, wie sich saisonale Wärmespeicherung und Grundwassersanierung ideal kombinieren lassen. “Ziel ist, CO2-arme energetische Bewirtschaftungssysteme zunächst für den Wissenschaftspark Leipzig zu entwickeln”, sagt Holger Weiß. Er sieht bundesweit großes Potenzial für die Methodik: “In vielen industriellen und urbanen Gegenden finden sich chemische Altlasten wie chlorierte Kohlenwasserstoffe. Da bei der geothermischen Nutzung kontaminierter Grundwässer diese zu reinigen sind, könnte man mit diesem klimaneutralen Verfahren der Wärmebewirtschaftung zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen.” Die Expertise der eneotech Umwelt GmbH ist hierbei von unschätzbarem Wert.
Das Projekt KONATES läuft bis 07/2025 und wird über das BMBF-Fachprogramm Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N) gefördert. Projektpartner sind die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und die eneotech Umwelt GmbH.
Die Rolle der eneotech Umwelt GmbH
Die eneotech Umwelt GmbH spielt eine Schlüsselrolle im KONATES-Projekt. Ihre Expertise in der Entwicklung und Anwendung innovativer Umwelttechnologien trägt maßgeblich zur erfolgreichen Umsetzung der Grundwasserreinigung bei. Durch die Zusammenarbeit mit dem UFZ und der Universität Kiel leistet die eneotech Umwelt GmbH einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Lösungen für die Herausforderungen der Energiewende und des Umweltschutzes.
Fazit
Das KONATES-Projekt zeigt eindrucksvoll, wie sich innovative Technologien zur Grundwasserreinigung und Wärmespeicherung kombinieren lassen. Die Beteiligung der eneotech Umwelt GmbH unterstreicht die Bedeutung der Zusammenarbeit zwischen Forschung und Wirtschaft bei der Entwicklung nachhaltiger Lösungen für eine lebenswerte Zukunft. Dieses Projekt ist ein vielversprechendes Beispiel für eine CO2-arme und umweltschonende Energieversorgung.