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Massnahmen zur Eindämmung induzierter Seismizität

Um die im Rahmen von Tiefengeothermieprojekten induzierte Seismizität bestmöglich zu überwachen und zu kontrollieren, werden verschiedene Massnahmen angewendet.

Ein zentrales Element der Gegenmassnahmen sind möglichst genaue Kenntnisse des Untergrunds. Diese liegen in der Regel nicht vor und müssen für ein spezifisches Gebiet erst erworben werden, wobei der Kenntnisstand im Laufe eines Projekts stets ansteigt. Beispielsweise ergeben seismische 3D-Modellierungen eines Gebiets wichtige Hinweise auf einen potentiellen Standort. Allerdings kann man damit nur die grösseren Strukturen abbilden. Kleinere Strukturen, der Spannungszustand von Verwerfungen oder die Durchlässigkeit des Gesteins lassen sich mit diesen geophysikalischen Methoden nicht verlässlich abbilden. Ein genaueres Bild entsteht daher erst im Zuge der ersten Bohrungen sowie aufgrund der Rückmeldungen des Untergrunds infolge vorgenommener Eingriffe.

Seismische Risikostudien, die im Vorfeld von Geothermieprojekten erstellt werden, sollten folgende Punkte beleuchten:

Die natürlich auftretende Seismizität in einer Region ist ein wesentliches Element der Risikoabschätzung. Grundsätzlich besteht ein kleineres seimisches Risiko bei Geothermieprojekten in Regionen mit geringerer natürlicher Seismizität über lange Zeiträume.

Erdbeben lassen sich nicht vorhersagen. Aufgrund historischer Daten lassen sich aber verschiedene Szenarien entwickeln, die unterschiedliche, künftige Seismizitätsraten abbilden.

Die Auswirkungen eines Erdbebens hängen nicht nur von dessen Stärke ab, sondern auch von der Herdtiefe, der Distanz zum Epizentrum und des lokalen Untergrunds. Eine Mikrozonierung erfasst die lokalen geologischen und geotechnischen Eigenschaften des Untergrunds, um abzuschätzen, ob dieser die durch das Erdbeben ausgelösten Erschütterungen abschwächt oder verstärkt. Entsprechende Kenntnisse gilt es auch im Rahmen von Risikostudien für Geothermieprojekte zu berücksichtigen.

Aufgrund unterschiedlicher lokaler Gegebenheiten sowie spezifischer Projektausgestaltungen bedarf es für jedes Geothermieprojekt einer eigenständigen, probabilistischen Risiko- und Gefährdungsanalyse.

Die genaue Funktionsweise des Ampelsystems muss im Vorfeld festgelegt und die Verantwortlichkeiten zwischen den Beteiligten definiert werden. Neben diesen Vorabklärungen und der steten Analyse neuer Kenntnisse über den Untergrund wird in der Regel ein sogenanntes „Ampelsystem“ als Massnahme zur Eindämmung der induzierten Seismizität angewendet.

Ampelsysteme haben zum Ziel, negative Auswirkungen induzierter Seismizität zu vermeiden oder weit möglichst einzudämmen. Das traditionelle Ampelsystem basiert auf einer engmaschigen Überwachung der induzierten Seismizität und sieht abhängig von der registrierten seismischen Aktivität unterschiedliche Massnahmen vor. Ein solches traditionelles System wurde in Basel, 2006 angewendet und im Nachgang als ungenügend bewertet. Beim Geothermieprojekt in St. Gallen, 2013 wurde basierend auf den gewonnenen Erfahrung ein erweitertes, adaptives Ampelsystem eingesetzt. Dabei dient nicht nur die beobachtete Seismizität als Massnahmenindikator, sondern es werden auch Vorhersagen über deren möglichen Verlauf gemacht. Dies basierend auf den prognostizierten Auswirkungen von vorgesehenen Pumpvorgängen, der Durchlässigkeit des Gesteins und weiteren Faktoren. Das Beispiel St. Gallen zeigte jedoch auch die Grenzen dieses adaptiven Systems auf. Obwohl ein gelber Alarm ausgelöst wurde, der ein unverzüglicher Stopp der Pumparbeiten verlangt hätte, mussten diese aufgrund aufsteigenden Gas aufrechterhalten werden.

In den nächsten Jahren wird in diesem Bereich weiterhin viel Forschung und Entwicklung notwendig sein, dessen Erkenntnisse in zukünftigen Demonstrations- und Pilotanlagen getestet werden kann. Wie weit man in der Lage sein wird, induzierte Beben zu vermeiden beziehungsweise, zu steuern ist aufgrund des heutigen Stands von Wissenschaft und Technik nicht einfach abzuschätzen.