Geothermische Bohrungen in Staufen im Breisgau: Schadensursachen und Perspektiven

Im Jahr 2007 wurden in der Stadt Staufen i. Br. sieben Bohrungen bis ca. 140 m niedergebracht und als konventionelle Doppel-U-Rohr-Erdwärmesonden ausgebaut, um das Rathaus der Stadt mit Energie zu Heiz- und Kühlzwecken zu versorgen. Einige Wochen nach den Bohr- und Ausbauarbeiten setzten Hebungen des Geländes ein, die zu erheblichen Rissen an den umliegenden Gebäuden geführt haben. Es sind 269 Objekte betroffen, einige sind einsturzgefährdet, ein Objekt ist geräumt. Durch die Bohrungen wurden anhydrithaltige Schichten des Gipskeupers hydraulisch mit artesisch gespanntem Grundwasser aus dem Liegenden verbunden. So konnte es zur Umwandlungsreaktion mit Wasser kommen, die beim Übergang vom Anhydrit zum Gips mit einer Zunahme des Volumens von etwa 61 % verbunden ist. Die Quellvorgänge führen zu Veränderungen des Gefüges, welche die Wasserwegsamkeit lokal verringern oder auch deutlich erhöhen können. Die Situation wird durch die Lage von Staufen auf einer Randscholle des Oberrheingrabens und der damit einhergehenden Tektonik weiter kompliziert. Der Quellprozess dauert an, und ein Ende kann derzeit noch nicht prognostiziert werden. Erste Maßnahmen mittels Injektionstechnik aus den PE-HD-Sondenrohren heraus das unmittelbare Umfeld der Geothermiesonden abzudichten, erreichten zumindest einen Teilerfolg. Die maximale Hebungsrate von bis dahin ca. 10 mm/Monat sank auf unter 4 mm/Monat (Stand Mai 2012). Als zusätzliches zukünftiges Problem könnte sich die Gebirgsauslaugung des neu entstandenen Gipses darstellen. Es sind in jüngster Zeit im Hebungsgebiet kleinräumig geringfügige Senkungen nachgewiesen worden. Da das Grundwasser nunmehr künstlich abgesenkt wird, um die Anhydritreaktion zu beherrschen, ist der damit erzeugte Zustrom von Wässern aus nicht-sulfathaltigen Gesteinen als besonders problematisch für die Zukunft zu sehen (anthropogene Verkarstung).

Geothermal drillings in Staufen/Breisgau (Germany): damage causes and perspectives.
In 2007 seven geothermal borehole heat exchangers with a planned depth of 140 m were installed of a small square next to the historic town hall of the City of Staufen for its heating and cooling. Some weeks after completion of the borehole heat exchanger drillings an uplift movement started, causing heavy damages to the surrounding buildings. Officially 269 buildings are currently affected, some are deemed structurally unstable. One office building had to be evacuated. An artesian aquifer was connected hydraulically to the anhydrite bearing Gipskeuper Formation. Anhydrite reacts to gypsum which causes volume extension. The swelling process, once initiated, cannot be stopped easily because the process itself opens and closes water paths. Furthermore Staufen is located on the eastern graben flank of the Upper Rhine Valley on a strongly tectonized massif. Due to these fissured and faulted formations, the prediction of water movement and the swelling process is very difficult. With a newly developed grouting some major cavities near the wellbores were sealed off. This has been partly successful because the maximum uplift rate of about 10 mm/month decreased to less than 4 mm/month (data of May 2012). Additional problems could arise from the good solubility of gypsums in water, which may cause sinkholes. In the last months some small subsidence phenomenon already occurred locally within the uplift area.