Geothermale Papiertrocknung

Ziel des Projekts ‚Kabel Zero‘ ist die Entwicklung einer Dampferzeugung zur Papiertrocknung des Unternehmens Kabel Premium Pulp & Paper in Hagen auf Basis tiefengeothermaler Wärme aus devonischen Karbonaten im Untergrund der Stadt Hagen.

Das erste Teilprojekt ,Geothermale Papiertrocknung‘, welches seit Februar 2020 läuft, stellt eine Machbarkeitsstudie dar, im Zuge derer die grundsätzliche Umsetzbarkeit der Vision ‚Kabel Zero‘ anhand geologischer Vorerkundungen und technischer Simulationen und Modellrechnungen erörtert werden soll. Neben dem Fraunhofer IEG und den Verantwortlichen von Kabel Premium Pulp & Paper selbst, arbeitet auch das Institut Fraunhofer UMSICHT am diesem Teilprojekt mit. Die Projektlaufzeit endet am 31.12.2022. Das Vorhaben wird von der EU und dem Land NRW aus dem europäischen Fonds für regionale Entwicklung ‚EFRE‘ gefördert.

Geothermale Papiertrocknung – Geothermische Erkundung und Erschließungskonzept

In der Papierindustrie werden große Mengen industrieller Prozesswärme im Temperaturbereich zwischen 100 °C und 200 °C für die Trocknung des Papiers gegen Ende des Produktionszyklus benötigt. Die Dampferzeugung erfolgt dabei üblicherweise in zentralen Anlagen und aus fossilen Energieträgern wie Erdgas. Um den ökologischen Fußabdruck, also den CO₂-Ausstoß, der Papierindustrie zu verringern und langfristig Kosten zu sparen wurde in der Hagener Papierfabrik ‚Kabel Premium Pulp & Paper‘ (KPPP) das Projekt ‚Kabel Zero‘ ins Leben gerufen, welches eine nachhaltige Papierherstellung durch den Einsatz von geothermischer Wärmeenergie beim Trocknungsprozess vorsieht. Das Projekt ‚Geothermale Papiertrocknung‘ stellt dabei den ersten Schritt des übergeordneten Vorhabens ‚Kabel Zero‘ dar. Es geht hierbei vor allem um die Erkundung des Untergrunds und den Entwurf von geowissenschaftlichen und technischen Erschließungskonzepten. Der Firmenstandort von KPPP in Hagen weist grundsätzlich vielversprechende Umstände für die zukünftige Errichtung einer tiefengeothermischen, hydrothermalen Dublette auf. Zum einen verläuft der Großholthausener Sprung als regional bedeutende Störungszone durch das Betriebsgelände. Somit könnten in der Tiefe am Standort erhöhte Gebirgsdurchlässigkeiten vorliegen. Außerdem werden, laut Geologischem Dienst Nordrhein-Westfalens, devonische Karbonatformationen in einer geschätzten Tiefe von ca. 3.200 m bis 4.100 m erwartet. Diese geologischen Einheiten stellen potentielle tiefengeothermische Reservoirs dar, wie Erfahrungen aus der Fernwärmeversorgungen im Raum München belegen.

© DTM-Group
Vibroseis-Trucks zur seismischen Datenakquise.

© CEM - University of Texas at Austin
Datenakquise während der Seismik-Kampagne mit dem sogenannten Vibroseis-Verfahren

Um die Überlappung aus devonischen Massenkalken und großräumigen Störungszonen wie dem Großholthausener Sprung im Untergrund eindeutig lokalisieren zu können, wird eine seismische Kampagne um den KPPP-Firmenstandort durchgeführt. Im Zuge dessen werden zwei sich annähernd senkrecht schneidende 2D-Seismiklinien mit dem sogenannten Vibroseis-Verfahren mit speziellen Trucks aufgenommen um ein Abbild des Untergrunds zu generieren.

Die Auswertungen der seismischen Erkundung bilden den Grundstein für weitere Projektschritte wie dem Abteufen einer 300 m bis 500 m tiefen, teilweise gekernten Erkundungsbohrung in die flachen Bereiche der Störungszone und petrophysikalischen Laboruntersuchungen der devonischen Karbonate hinsichtlich ihres geothermalen Reservoirpotenzials. Vielversprechende Erkenntnisse führen dann zur Umwandlung der Erkundungsbohrung in eine Monitoring-Bohrung für die Überwachung des zukünftigen Betriebs der tiefen hydrothermalen Dublette in der gleichen Störungszone. Außerdem soll ein fundiertes 3D-Untergrundmodell anhand der seismischen Erkundung, der Erkundungsbohrung inklusive damit einhergehender Bohrlochmessungen und anhand der Laborerkenntnisse erstellt werden, mit dessen Hilfe ein untertägiges Erschließungskonzept für die hydrothermale Dublette ausgearbeitet werden soll. Eine Sensitivitätsbetrachtung des geothermalen Anlagenbetriebs hinsichtlich schwankender Eingangsparameter wie Reservoirtemperatur oder -durchlässigkeit soll die Sicherheit zukünftiger Investitionen im Rahmen des Großprojektes ‚Kabel Zero‘ erhöhen. Weitere Aufgaben des Fraunhofer IEG liegen in der Öffentlichkeitsarbeit – vor allem im Vorlauf der seismischen Erkundung und der Erkundungsbohrung – und im Austausch mit Fraunhofer UMSICHT bezüglich der Optimierung der obertägigen Anlagen. Das Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen entwickelt die obertägige Verfahrenstechnik und sorgt somit dafür, dass für den Papiertrocknungsprozess benötigter Dampf mit den entsprechenden Eigenschaften, wie der richtigen Temperatur etc., aus der geothermalen Wärmeenergie gewonnen werden kann. Die Konsortialführung des Projekts liegt bei den Verantwortlichen von Kabel Premium Pulp & Paper aus Hagen.