Die Forschung ist entscheidend für die Erschließung der superheißen geothermischen Energie. Das vom DOE vorgeschlagene Programm könnte dazu beitragen, dieses Potenzial zu nutzen.

Die Advanced Research Projects Agency - Energy (ARPA-E) des US-Energieministeriums hat einen wichtigen Schritt unternommen, um die Entwicklung der geothermischen Energie aus superheißem Gestein (SHR) zu beschleunigen, indem sie ein Programm prüft, das sich auf die Weiterentwicklung geothermischer Systeme konzentriert, die in rauen Umgebungen mit hohen Temperaturen arbeiten. Wenn das Programm genehmigt wird, könnte es einen bedeutenden Einfluss auf das Energiesystem haben, indem es dazu beiträgt, den Zeitplan für die Kommerzialisierung der Energie aus superheißem Gestein zu beschleunigen. 

ARPA-E hat die Öffentlichkeit um Empfehlungen gebeten, um die Planung des SHR-Programms zu unterstützen, um die mögliche Formulierung zukünftiger Forschungsprogramme zu informieren, und bat um eine Klärung des F&E-Bedarfs. CATF antwortete mit Erkenntnissen aus unseren Gesprächen mit Technologieführern im gesamten Geothermiesektor, der Bridging the Gaps-Reihe und unserer Expertise in der Klima- und Energiepolitik. CATFIn der Antwort werden Bereiche für Forschung und Entwicklung genannt, die dazu beitragen können, geothermische Systeme mit superheißem Gestein in den kommerziellen Maßstab zu bringen.  

Warum ein geothermisches Forschungs- und Entwicklungsprogramm für superheißes Gestein? 

Um SHR zu verwirklichen, sind technologische Fortschritte gegenüber den heute existierenden geothermischen und fossilen Technologien erforderlich. Und mit der Erforschung eines SHR-Programms zielt die ARPA-E genau darauf ab. Wenn die ARPA-E mit einem SHR-Forschungsprogramm fortfährt, könnte es enorme Fortschritte in der SHR-Technologie geben, was gut für die Energieresilienz und die Dekarbonisierung wäre. Durch die Übernahme gezielter F&E für SHR könnte ARPA-E sicherstellen, dass der Anwendungsbereich der Geothermie über kleine hydrothermal aktive Gebiete der Welt hinaus erweitert wird und dass ihr Energiepotenzial erheblich steigt. Gezielte Investitionen in F&E, die im SHR Policy Brief vonCATF als eine der Hauptprioritäten genannt wurden, könnten diese gar nicht so weit entfernte Technologie Wirklichkeit werden lassen.  

Nach der Ankündigung der ARPA-E, ein SHR-Programm zu prüfen, hat sich auch die weltweite Dynamik verstärkt: Die Agentur hat Anfang Oktober eine Veranstaltung abgehalten, um weitere Erkenntnisse über den F&E-Bedarf zu sammeln; CATF hat Ende Oktober einen SHR-Gipfel abgehalten, um eine Technologie-Roadmap zu erstellen; und Länder wie Island, Neuseeland und Japan schaffen die Voraussetzungen für ihre eigenen Arbeiten zu diesem Thema.  

CATFAntwort der Kommission: Die wichtigsten technologischen Lücken, die das ARPA-E-Programm für superheiße Gesteine schließen sollte 

1. Bohrungen und Brunnenbau. Bei fast allen bisherigen SHR-Demonstrationsprojekten war der Bau von Bohrlöchern der Schwachpunkt. Die Erprobung und Weiterentwicklung bestehender Verrohrungs- und Zementmaterialien ist notwendig, um die Leistung und Langlebigkeit von Brunnen zu verbessern. Wir empfehlen, dass ARPA-E Labortests und Änderungen an den heute vorhandenen Materialien unterstützt. Neben der Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit von Bohrlöchern ist auch die Weiterentwicklung von Bohrkronentechnologien und Hochtemperatursensorik notwendig, um die Ressource an mehr Orten zu erschließen. 

2. Innovative Materialien für extreme Bedingungen. Neben der Erprobung und Änderung bestehender Materialien ist auch die Forschung und Entwicklung neuer Materialien und Methoden für die Bohrlochkomplettierung wichtig. Auch wenn die Erprobung und Änderung bestehender Ausrüstungen für den Zugang zu SHR heute nützlich ist, könnte die Erforschung neuartiger Materialien (z. B. Zemente) und Ansätze langfristig die Kosten senken.  

3. Schaffung und Management von Reservoiren für Enhanced Geothermal Systems (EGS)-Methoden. Dieses Thema ist wahrscheinlich das am wenigsten ausgereifte von allen vertikalen Technologien in der SHR. Für die Effektivität von SHR-Systemen ist es für den Aufbau eines produktiven SHR-Systems als Ganzes von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass ein Reservoir verbessert oder geschaffen und dann über die gesamte Lebensdauer des Bohrlochs erhalten werden kann. Dazu gehört die Weiterentwicklung von SHR-Methoden, die den Einsatz von Packern, Proppants, Gleithülsen und Sprengstoffen oder die Erforschung alternativer Methoden wie Thermoschock und Hydroshearing umfassen können. Neben der Weiterentwicklung der Ausrüstung ist auch eine genauere Kontrolle der unterirdischen Umgebung wichtig. CATF schlägt vor, dass die ARPA-E ihre Bemühungen auch auf die Entwicklung robusterer Modelle für das Permeabilitätsmanagement und die Abschwächung der Seismizität richtet.  

4. Stromerzeugungssysteme an der Oberfläche. Die Verbesserung der Reproduzierbarkeit und die Senkung der Kosten der heute verfügbaren Kraftwerkskonstruktionen ist das "A und O" bei der Verbesserung von Oberflächenanlagen. Das komplette Wärmeumwandlungssystem für SHR ist aufgrund mangelnder Nachfrage nicht von der Stange erhältlich, und daher müssten SHR-Kraftwerke maßgeschneidert gebaut werden, was die Kostenreduzierung einschränkt und die Zeit bis zur Realisierung erster Projekte und späterer Skalierbarkeit verlängert. CATF empfiehlt die Entwicklung von Kraftwerksmodellen, die speziell auf die besonderen Anforderungen von SHR zugeschnitten sind, was dazu beitragen würde, den Bau von Kraftwerkssystemen zu rationalisieren, die überhitzte Energie effizient in Elektrizität umwandeln können. CATF empfiehlt auch die Erforschung von Kraftwerkskonstruktionen und -ausrüstungen, die ausreichend wiederholbar und für die verschiedenen zu erwartenden SHR-Flüssigkeitsbedingungen einsetzbar sind. 

5. Berücksichtigung von Einrichtungen und Fachwissen, die für andere Sektoren gebaut wurden. Die ARPA-E sollte die Möglichkeit in Betracht ziehen, ihr Programm zur Unterstützung von Forschungsgruppen in verwandten Bereichen mit ähnlichem Bedarf an Hochtemperaturwerkstoffen wie der Nuklear- und Luftfahrtindustrie zu nutzen und mit dem Öl- und Gassektor zusammenzuarbeiten. 

CATF hat auch Methoden, Herausforderungen und Wege für die SHR-Geothermie in der Reihe Bridging the Gaps untersucht. Diese Sammlung von Berichten, die von führenden Experten verfasst wurden, befasst sich mit Bereichen wie Standortcharakterisierung, Bohrungen, Wärmegewinnung, Brunnenbau und Stromerzeugung und bietet eine eingehende Analyse der technologischen Herausforderungen für jeden Bereich. Diese Berichte sollen die Entwicklung von SHR vom Konzept bis zur Marktreife begleiten. Die Arbeit ist noch nicht abgeschlossen, und die Website wird laufend aktualisiert, sobald wir weitere Ressourcen veröffentlichen.  

Mit Blick auf die Zukunft ist CATF bestrebt, mit einer breiteren Gemeinschaft von Technologie- und Politikexperten zusammenzuarbeiten, um das volle Potenzial der geothermischen Energie als Klimalösung in einer Zeit rasch steigenden Energiebedarfs zu erschließen. Mit den richtigen Investitionen könnte sich die geothermische Energie aus superheißem Gestein als eine leistungsstarke Lösung zur Stärkung der Energiesicherheit der USA und zur Bereitstellung zuverlässiger, sauberer Energie für die Zukunft erweisen.