Vorstellung der GEB² und Überblick zu aktuellen Projekten in der Region

Geostatistische Interpolationsverfahren werden in der Geothermieexploration eingesetzt, um die räumliche Variabilität und Heterogenität von Reservoirparametern zu charakterisieren. Ihre Aussagekraft hängt jedoch wesentlich von der Verfügbarkeit, Qualität und räumlichen Auflösung der Untergrunddaten ab. Insbesondere in datenarmen Regionen sind Potenzialabschätzungen daher mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. Das Verbundprojekt ProGRes („Geologische Prozessmodellierung und Play-basierte Potentialanalyse zur Bewertung geothermischer Reservoire“) entwickelt einen neuen Explorationsansatz, der prozessbasierte Vorwärtsmodellierung mit Methoden des maschinellen Lernens kombiniert. Ziel ist die semiautomatisierte Auswertung bestehender geowissenschaftlicher Datensätze zur Ableitung robuster Kalibrierungsparameter für prozessbasierte Modelle. Im Gegensatz zu geostatistischen Verfahren benötigen diese Modelle deutlich weniger Eingangsdaten und ermöglichen gleichzeitig eine konsistente Berücksichtigung geologischer Prozesse. Auf Basis der Unsicherheiten in den Eingangsdaten werden Ensembles von Vorwärtsmodellen erzeugt, die als Grundlage für playbasierte Potenzialanalysen unter Einbeziehung thermischer, hydraulischer, mechanischer und chemischer Prozesse dienen. Der entwickelte Workflow wird auf die mitteltriassische Muschelkalk-Formation des Norddeutschen Beckens mit Schwerpunkt auf der Region Berlin-Brandenburg angewendet. Trotz ihres hohen Potenzials für die geothermische Wärmegewinnung ist diese Karbonatabfolge aufgrund ihrer ausgeprägten Reservoirheterogenität sowie der begrenzten Verfügbarkeit hochauflösender Untergrunddaten bislang nur unzureichend untersucht. Zur Unterstützung der Exploration wird ein Katalog synthetischer 2D-Seismikprofile und Pseudologs erstellt, der die Kalibrierung und Validierung prozessbasierter Modelle ermöglicht. Der im Projekt entwickelte Workflow soll die Unsicherheiten bei der Bewertung geothermischer Potenziale reduzieren und eine effiziente sowie kostengünstige Exploration insbesondere in datenarmen Regionen unterstützen.

Die Studie bewertet die techno-ökonomische Machbarkeit der geothermischen Lithiumgewinnung des Mittleren Buntsandstein im Raum Parchim durch die Integration geochemischer Modellierungen, der Bewertung verschiedener DLE-Verfahren sowie szenariobasierter Wirtschaftlichkeitsanalysen. Vor dem Hintergrund eines stark volatilen Lithiummarktes zwischen 2023 und 2025, untersucht die Studie, ob die Thermalfluide als wirtschaftlich nutzbare heimische Lithiumquelle entwickelt werden können. Aktuell geplante Extraktionsprojekte zeigen, dass auf europäischer Ebene im optimistischsten Szenario 27 % des in Europa benötigten Lithiums aus heimischen Quellen gedeckt werden könnten, woraus eine enorme Abhängigkeit von internationalen Lieferungen resultiert und damit ein enormes Risiko für Batteriehersteller in der EU sowie den Anwendern wie der Automobilindustrie. Eine entsprechend hohe Bedeutung kann daher für eine Binnenquelle für Lithium abgeleitet werden.

Das geologische Modell sowie Thermalwasseranalysen im Untersuchungsgebiet zeigen, dass die prognostizierten Fluide grundsätzlich für die Lithiumextraktion geeignet sind. Allerdings treten während der Abkühlung der Fluide im geothermischen Kreislauf Risiken für mineralische Ausfällungen (Scaling) auf, die den Betrieb durch verringerte Wärmeübertragungseffizienz, eingeschränkte Durchflussraten und erhöhten Wartungsaufwand beeinträchtigen können. Die Integration von Technologien zur direkten Lithiumextraktion (DLE) verändert das geochemische Verhalten zusätzlich.
Basierend auf validierten Fluidanalysen und Literaturwerten zur Lithiumextraktionseffizienz ist eine Produktion von etwa 217 tLCE/a technisch erreichbar. Vier wirtschaftliche Szenarien wurden analysiert, die unterschiedliche DLE-Verfahren, CAPEX-Strukturen und Finanzierungsbedingungen kombinieren. Insgesamt zeigt die Bewertung, dass die Lithiumgewinnung im Untersuchungsgebiet technisch machbar und wirtschaftlich attraktiv sein kann, sofern wirksame Scaling-Management-Strategien implementiert werden.

Die Durchführbarkeitsstudie wurde kofinanziert von der Europäischen Union durch die Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung in Mecklenburg-Vorpommern.

Geothermal brines of the North German Basin are increasingly discussed as a domestic lithium resource, yet the origin of the dissolved lithium remains poorly constrained. Assessing the resource therefore begins with a basic question: which minerals and which water–rock reactions release lithium into the fluid, and under what conditions? Answering it means bridging the microscopic and the regional scale — the approach taken in the BMFTR-funded project RoLiXX. This contribution shows how combining the characterisation of reactive solids with fluid analysis can identify plausible lithium sources, distinguish them from one another, and trace the pathways along which lithium enters and is retained in the brine. That leads to a second, harder challenge. Sampling in deep geothermal systems is inherently sparse: core material, cuttings and fluid samples represent a vanishingly small fraction of a reservoir that is heterogeneous at every scale. Can such limited observations constrain the behaviour of the system as a whole, and what data would be needed to do so with confidence?

Woher stammt das Lithium? Quellen erkennen und von wenigen Daten zum Systemverständnis gelangen — Geothermalwässer des Norddeutschen Beckens

Geothermalwässer des Norddeutschen Beckens werden zunehmend als heimische Lithiumressource diskutiert. Die Herkunft des gelösten Lithiums ist jedoch kaum belastbar eingegrenzt. Die Bewertung der Ressource beginnt daher mit einer grundlegenden Frage: Welche Minerale und welche Wasser-Gesteins-Reaktionen setzen Lithium in das Fluid frei, und unter welchen Bedingungen? Die Antwort verlangt einen Blick auf das Reservoir von der mikroskopischen bis zur regionalen Skala — der Ansatz des vom BMFTR geförderten Projekts RoLiXX. Der Beitrag zeigt, wie sich durch die Verbindung von Festphasencharakterisierung und Fluidanalytik plausible Lithiumquellen identifizieren, voneinander unterscheiden und die Pfade nachzeichnen lassen, über die Lithium in das Wasser gelangt und dort verbleibt. Daraus folgt eine zweite, schwierigere Frage. Die Probenbasis tiefengeothermischer Systeme ist naturgemäß dünn: Kernmaterial, Bohrklein und Fluidproben repräsentieren einen verschwindend geringen Anteil eines Reservoirs, das auf jeder Skala heterogen ist. Lassen sich derart begrenzte Beobachtungen auf das Systemverhalten als Ganzes übertragen, und welche Daten wären dafür nötig?

During thermal energy storage in aquifers, the precipitation of mineral phases (scaling) may occur, potentially reducing both the hydraulic conductivity of the storage system and the performance of the technical infrastructure of Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) systems.

Results from the UnClog-ATES research project at the prospective ATES site in Berlin-Adlershof demonstrate that scaling formation is a highly complex process. It is strongly influenced by the prevailing hydrochemical conditions, storage temperature, the mineralogical composition of the sediments, and the composition of the microbial community within the aquifer. An integrated assessment and coupling of these controlling factors offer the potential to reliably predict the suitability of a site for ATES operation.

A key challenge lies in the further development of sampling techniques and in the integration of different analytical methods to accurately capture and characterize in situ conditions. To reliably evaluate laboratory and field findings, more research sites are needed to assess them jointly and stepwise.

Entwicklung von Prognosewerkzeugen zur Bewertung der Eignung von Standorten für den Betrieb von Aquifer-Wärmespeichern (ATES) in Berlin-Brandenburg.

Während der thermischen Energiespeicherung in Aquiferen kann es zur Ausfällung mineralischer Phasen (Scaling) kommen. Dies kann sowohl die hydraulische Leitfähigkeit des Speichersystems als auch die Leistungsfähigkeit der technischen Infrastruktur von Aquifer-Wärmespeichern beeinträchtigen.

Die Ergebnisse des Forschungsprojekts UnClog-ATES am potenziellen ATES-Standort Berlin-Adlershof zeigen, dass die Bildung von Scaling ein hochkomplexer Prozess ist. Dieser wird maßgeblich durch die vorherrschenden hydrochemischen Bedingungen, die Speichertemperatur, die mineralogische Zusammensetzung der Sedimente sowie die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft im Aquifer beeinflusst. Eine integrierte Bewertung und Verknüpfung dieser Einflussfaktoren bietet das Potenzial, die Eignung eines Standorts für den ATES-Betrieb zuverlässig vorherzusagen.

Eine zentrale Herausforderung besteht in der Weiterentwicklung von Probenahmeverfahren sowie in der Verknüpfung unterschiedlicher analytischer Methoden, um die in situ-Bedingungen möglichst realitätsnah zu erfassen und zu bewerten. Für eine belastbare Validierung und Übertragbarkeit der Labor- und Feldbefunde sind darüber hinaus weitere Forschungsstandorte erforderlich. In diesem Zusammenhang bietet die GeoEnergie-Allianz Berlin-Brandenburg (GEB²) eine Plattform, auf der Forschungseinrichtungen, Behörden, Industrie und Öffentlichkeit gemeinsam geeignete Standorte identifizieren, geeignete Probenahme- und Analytikverfahren abstimmen sowie Pilotprojekte vorbereiten, umsetzen und begleiten.

Im Reallabor GeoSpeicherBerlin wird der Betrieb und die Integration eines geothermischen Hochtemperatur-Aquiferwärmespeichers in die bestehenden Fernwärmestrukturen der BTB Energie GmbH in Berlin Adlershof demonstriert. Hierbei wird überschüssige Wärme aus dem Holzheizkraftwerk Neukölln und zukünftig weiteren Abwärmequellen in den Untergrund eingespeichert; im Winter erfolgt die Entnahme der Wärme mit Hilfe einer Großwärmepumpe und leistet somit einen direkten Beitrag zur Verdrängung fossiler Brennstoffe in der Fernwärmeversorgung.

Im Mittelpunkt des Vortrags steht die enge Kooperation zwischen industrieller Anwendung und angewandter Forschung in allen Projektphasen, von der Planung bis zum Betrieb des Speichers. Wir beleuchten aus beiden Perspektiven, welche Fragestellungen sich im Projektverlauf ergeben haben, wo die zentralen technischen und betrieblichen Herausforderungen liegen und welche Aufgaben der wissenschaftlichen Begleitforschung zukommen. Dabei zeigen wir, wie Fragen aus der industriellen Praxis den Forschungsbedarf mitgestalten bzw. konkretisieren und welchen Beitrag die Forschung wiederum für einen sicheren, effizienten und wirtschaftlichen Speicherbetrieb leisten kann.