KTB Programm Geothermie
Eines der für die Geothermie interessantesten Langzeit-Projekte ist das öffentlich finanzierte Kontinentale Tiefbohr-Programm (KTB) in Bayern, das bis 1996 (ursprünglich) eine Rekordtiefe von 14 km erreichen sollte. Bis dahin galten die Russen als Rekordhalter: In Zapolarny auf der Halbinsel Kola waren sie 1985, zehn Jahre nach Projektbeginn, bis auf 12.262 m in die Tiefe vorgedrungen. Alleine die letzten eineinhalb Kilometer dauerten über drei Jahre. Dabei mussten die Geologen immer wieder erhebliche Korrekturen hinsichtlich der Erdschichtenmodelle und der geothermischen Tiefenstufe anbringen. Auch die Temperatur von 200°C in 11 km Tiefe war wesentlich höher, als bei einem Festlandschild erwartet wurde.
Der Kostenvoranschlag für die auf 10 Jahre angelegte Forschungsarbeit im Rahmen des KTB-Programms lautete auf 450 Mio. DM. Tatsächlich kostete das Projekt bis zu seinem Abschluß 528 Mio. DM, die vom BMFT getragen wurden.
Die Wahl der Örtlichkeit lag darin begründet, daß sie sich bei einer Rekonstruktion des gemeinsamen Kontinents Pangäa (vor ca. 200 Mio. Jahren) so ziemlich genau im Zentrum befindet, d.h. an der Nahtstelle der Kontinentalplatten von Afrika, Asien und Amerika. 1984 begann die Arbeit.
Die 1987 nach 949 Tagen in 4.000 m abgeschlossene Vorbohrung bei Windischeschenbach zwischen Weiden und Marktredwitz in der Oberpfalz ergab bei der gefundenen Salzsole aus Calcium-Natrium-Chlorid zuletzt eine Temperatur von 118°C bis 120°C, also deutlich höher als ursprünglich prognostiziert. Die Analysen zeigten, daß an der Zusammensetzung der Sole Meerwasser beteiligt ist. Man ging davon aus, daß es sich dabei um Wasser aus dem Jura- oder Kreidemeer handelt, die es hier vor 200 bis 100 Millionen Jahren gegeben hatte. Von den Bohrkernen – insgesamt 3.600 laufende Meter – wurden 25.000 Gesteins- und Flüssigkeitsproben entnommen, von denen 6.000 an über 50 Universitäten und andere Forschungsinstitute verteilt wurden. Im Frühjahr 1990 trafen sich dann über 300 am Programm beteiligte Wissenschaftler, um die teilweise überraschenden Ergebnisse vorzustellen. In den Proben fanden sich nämlich auch Mikrofossilien, mit denen wegen der hohen Temperaturen und enormen Drücke niemand gerechnet hatte. Dadurch gelang es, die Vorstellungen vom Entstehungsalter der betreffenden Gesteine zu präzisieren; mit etwa 400 Millionen Jahren sind sie erheblich jünger als erwartet. Vor erheblicher Bedeutung erwies sich auch das ab einer Tiefe von 3.200 m zunehmende Auftreten von hochkonzentrierten Salzlösungen und Gasen wie Methan und Helium.
Die an der Bohrung beteiligten Firmen die sich zur ‚UTB Ultratiefbohrgesellschaft mbH’ zusammengeschlossen haben, entwickelten für die Hauptbohrung eine völlig neu konzipierte überschwere Bohranlage mit vielen technischen Neuerungen, wie einem Roboter zur schnellen Handhabung des Bohrgestänges, sowie ein sich selbständig korrigierendes Senkrechtbohrsystem. Der Bohrturm hat eine Höhe von 83 m. Am 8. September 1990 war dann der Startschuß für die Hauptbohrung. Bis Ende 1994 sollte nun eine Tiefe von 10 km erreicht werden. Den Rekord der Russen brechen zu wollen, hatte man fallen gelassen.
Im Mai 1991 fraß sich der etwa 10 cm dicke Bohrkopf in fast 2.000 m zum ersten mal fest. Er wurde daraufhin stecken gelassen und mit einer Zementbrücke versiegelt, dann bohrte man daneben weiter. Technisch ist das kein Problem, denn der Bohrer sucht sich sowieso stets den Weg des geringsten Widerstandes und schlängelt sich samt dem flexiblen Bohrgestänge fast spiralförmig durch den Untergrund. Gleichzeitig wird das Loch mit einer wasserglasartigen Flüssigkeit gespült, die zwei Funktionen hat: zum einen drückt sie mit ihrem Eigengewicht auf die Wände und verhindert deren Einstürzen, wenn das Gestänge zum Wechseln der Krone herausgezogen wird, zum anderen schwemmt sie das zermahlene Gestein heraus.
Bei knapp 3.000 m Tiefe werden dann unerwartet hohe Temperaturen festgestellt, die das weitere Vorankommen fraglich erscheinen lassen. Nach den bis dahin erzielten Ergebnissen müssten Erdwärme-Kraftwerke allerdings weitaus preiswerter sein, als bislang angenommen.
Im Oktober 1991 drang die KTB Bohrung mit der Überschreiten einer Tiefe von 4.500 m in geowissenschaftliches Neuland vor. Und rund 14 Monate nach dem Start wurde die ‚Schnapszahl’ 5.555,5 m erreicht. Zu dieser Zeit rechnete man, daß das Projekt pro Tag mehr als 100.000 DM kostet.
Zur gleichen Zeit gelang es Giessener Wissenschaftlern von dem Bohrschiff ‚Joides Resolution’ aus, im östlichen Pazifik den bislang tiefsten Blick in die Erdkruste unter dem Ozen zu werfen. In rund 3.000 m Wassertiefe konnten dabei durch ein 2.000 m tiefes Bohrloch insgesamt drei Schichten des Meeresbodens durchstoßen werden, deren Gesamtdicke auf 6.000 m geschätzt wird. Während die obere Schicht von kissenförmigen Basaltmassen gebildet wird, besteht die darunterliegende Schicht aus steil stehenden Basaltmauern. An der Grenze zwischen der zweiten und der dritten Schicht wurde ein sehr starker Rückgang des Zinkgehalts beobachtet, der – so vermutet man – ausgewaschen wurde und zum Meeresboden gelangte, wo er dann aus heißen Quellen austreten ist.
Im Herbst 1992 erreichte die KTB-Bohrung eine Tiefe von 6.000 m, wobei die Abweichung dank dem automatischen Senkrechtbohrsystem lediglich 12 m betrug. Die nächste Herausforderung gegenüber der Bohrtechnik lag dann bei der Entwicklung von Geräten, die auch bei Temperaturbedingungen von 300°C einsatzfähig bleiben. In 6.3000 m Tiefe liegt die Temperatur bereits bei 180°C und nimmt pro Kilometer um 28,5°C zu. Am 31. Juli dieses Jahres fraß sich ein weiter Bohrkopf fest, mußte abgesprengt und dann mit Zement versiegelt werden. Dann wurde weiter an ihm vorbeigebohrt – und am 2. Dezember mit einer Tiefe von 6.775 m die bislang tiefste Bohrung in den alten Bundesländern, eine Erdgasbohrung bei Bremen, überrundet.
Am 14. Februar 1993 stürzte in inzwischen 7.000 m Tiefe ein 200-Tonnen-Bohrgestänge ab. Im Laufe mehrerer Wochen konnte es zwar wieder geborgen werden, sei aber zu 20 % wie ein Korkenzieher verbogen gewesen. Außerdem entstanden im unteren Bereich der Bohrung Ausbrüche auf einer Länge von 60 m, die zubetoniert werden mussten. Ende März wurde dann ab einer Tiefe von 7.144 und im Abstand von 5 m an der Einsturzstelle vorbeigebohrt. Inzwischen hatte sich die Bohrstelle zu einem vielbesuchten Touristenziel entwickelt. Seit Anfang 1987 hatten bereits eine halbe Million Menschen das Projekt besucht, an dem inzwischen mehr als 350 Wissenschaftler aus zwölf Nationen mitarbeiteten.
Im Oktober 1993 wrude in 8.057 m Tiefe eine Temperatur von 215°C gemessen. Das bis dato herausragendste Ergebnis resultierte aus den Messungen der mechanischen Gesteinsspannungen bis in 6.000 m Tiefe, die unerwartet hohe Werte zeigten. Diese Spannungen sind verantwortlich für lokale Erdbeben. Die Wissenschaftler mussten daraufhin die bislang angenommene Verteilung dieser Spannungskräfte zur Tiefe hin revidieren. Eine weitere Überraschung waren mit Graphit belegte Gesteinsbrüche, die offenbar wie Schmiermittel Erdbeben verhindern.
Ende Januar 1994 wurde mit 8.600 m Tiefe der bisherige europäische Rekordhalter überrundet, eine 8.553 m tiefe Erdgasbohrung im Wiener Becken. Bis dahin mussten sechs mal mehrere Hundert Meter Bohrgestänge abgesprengt werden.
Im September 1994 erreichte der Bohrkopf fast 280°C heißes plastisches und fast schon fließendes Gestein, womit die Grenze des technisch Machbaren erreicht war. Nach 1.300 Tagen Bohrzeit wird die KTB-Bohrung in 9.101 m Tiefe beendet, da sich die Forscher bei der Temperaturprognose deutlich verschätzt hatten.
Das Bohrloch wird seitdem als „hochinteressantes Tiefst-Laboratorium“ genutzt, über die laufenden Ergebnisse und Erkenntnisse finden sich im Internet umfassende Informationen.