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Klimaforschung am Himmel - Energie aus der Hölle

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Über den Stand der Geowissenschaften heute und zukunftsweisende Projekte in den GEOTECHNOLOGIEN. Ein Interview mit Professor Rolf Emmermann, Präsident der Geo Union.

Hoch am Himmel und tief in der Erde stecken die Schlüssel zukünftiger Klimaforschung und neuer Energieressourcen für die Menschheit. Professor Rolf Emmermann, Präsident der Geo Union, berichtet in seinem Interview mit planeterde über aktuelle und zukunftsweisende Projekte in den GEOTECHNOLOGIEN. So kann die Erforschung der Atmosphäre mithilfe von Satelliten-Geodäsie dazu beitragen, die klimatischen Veränderungen im System Erde besser zu erfassen. In dieser Hinsicht unerlässlich ist die internationale Zusammenarbeit mit Projektpartnern weltweit.

Über den eigenen Tellerrand schauen müssen die Geowissenschaften beim Thema „Megacities“ – dem Anwachsen von Großstädten zu riesigen Ballungszentren. 2007 lebten erstmals mehr Menschen in Städten als auf dem Land. Dieser Trend stellt die Menschen vor große Herausforderungen und ist verbunden mit der Suche nach einer nachhaltigen Lösung für die Energieversorgung, nicht nur der Megastädte. Die Geothermie, auch Erdwärme genannt, ist dabei auf dem Vormarsch, sich als saubere und nahezu unerschöpfliche Energieressource zu etablieren.

planeterde: In den modernen Geowissenschaften wird heute vom „System Erde“ gesprochen. Stellen wir uns die Erde als ein großes Puzzle vor, in dem jeder geologische Prozess, jedes Teilgebiet ein Puzzlestück bildet – welches Stück weckt Ihr persönliches Interesse?

Emmermann: Dafür muss ich etwas zurückgreifen. Sie müssen wissen, dass ich beruflich in einer Zeit groß geworden bin, in der in den Geowissenschaften eine Revolution stattfand. Ich kam 1967 als junger Assistent nach Karlsruhe und da kam gerade die Plattentektonik auf. Ein bekannter Geologe, Henning Illies, hatte in Karlsruhe ein Modell der gesamten Erde bauen lassen, damit man sich die Dynamik der Lithosphärenplatten besser vorstellen konnte. Das war für mich, der sich mit geochemischen Fragestellungen beschäftigte, etwas völlig neues. Mir ist aufgefallen, dass das Prinzip der Dynamik eine unmittelbare Rückwirkung auf andere Bereiche hat. Bei meiner Doktorarbeit zum Beispiel, für die ich im Schwarzwald gearbeitet hatte. Dieses Gebiet kann man nicht als völlig undynamisch sehen, sondern muss bei der mineralogischen Betrachtung der Gesteine auch die geodynamische Entwicklungsgeschichte berücksichtigen. Die Plattentektonik war nur der erste Schritt. Die Erde selbst ist ein dynamischer Planet: in seinem Inneren beim Kern angefangen, der gesamte Erdmantel, aber auch die Dynamik von außen durch die Sonnenenergie sowie die Atmosphäre, Wetter, Klima – all das sind Bereiche, die heute zu den Geowissenschaften gehören. Sich selbst als Teil eines dynamischen Gesamtsystems zu sehen, das finde ich besonders interessant.

planeterde: Seit der Entdeckung der Plattentektonik ist einige Zeit verstrichen. Was hat sich seitdem in den Geowissenschaften verändert?

Emmermann: Für mich ist immer das Spannende gewesen, die Schritte in der Entwicklung der Geowissenschaften mitzuerleben und auf diese immer auch einen gewissen Einfluss nehmen zu können. Zu sehen, wo es strategisch oder mit einer Fachrichtung hingeht oder einer Disziplin insgesamt. Wir haben in Deutschland zum Beispiel mit der Geokommission (die Senatskommission für geowissenschaftliche Gemeinschaftsforschung der DFG, Anm. d. Red.) oder Einrichtungen wie der GeoUnion Gremien, in denen strategisch diskutiert wird, wohin es mit den Geowissenschaften gehen soll und welches die großen Zukunftsfelder sind. Wir erarbeiten in der Geokomission derzeit eine Denkschrift, die die großen Zukunftsthemen enthält, und die am 12. und 13. Juni 2008 in Berlin vorgestellt werden soll.

Meine persönliche Faszination ist auch, dass wir endlich von dieser „Kleinfächerei“ weggekommen sind. Wir haben gemerkt, dass wenn man diesen Planeten, auf dem wir leben und den wir selber verändern, verstehen will, man sich seiner Komplexität bewusst werden muss. Die strategische Neuausrichtung ist das gekoppelte System Erde-Mensch. Das wird bei der Klimathematik ganz deutlich, aber auch innerhalb der gesamten Umweltproblematik.

planeterde: Über die Plattentektonik sprachen Sie ja bereits. In den durch die GEOTECHNOLOGIEN geförderten Projekten werden viele unterschiedliche Puzzlestücke des Systems Erde erforscht. Welche der dort laufenden Programme halten Sie für besonders zukunftsträchtig?

Emmermann: Als Mitautor des GEOTECHNOLOGIEN-Papiers war es unser Ziel, die großen Herausforderungen, vor denen die Geowissenschaften stehen und den daraus resultierenden Forschungsbedarf zu thematisieren. Wenn Sie mich fragen, halte ich die Erfassung des Systems Erde aus dem Weltraum für besonders wichtig. Dies ist ein Thema, das für die Geowissenschaften in den vergangenen Jahren viele neue Erkenntnisse gebracht hat und in den nächsten Jahren eine zentrale Rolle spielen wird. Dieser Trend entwickelte sich innerhalb Deutschlands und international. Die Erde wird dafür mit Satelliten, geodätischen Methoden und modernen Fernerkundungstechnologien erforscht. Auf diesem Gebiet hat Deutschland international eine führende Rolle. Wir haben geospezifische Satelliten neu entwickelt und damit ganz neue Themen angehen können, darunter nicht nur das Schwerefeld und das Magnetfeld der Erde. Es gibt eine ganz neue Technologie, die am GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam maßgeblich mitentwickelt wurde: die GPS-Metereologie. Das ist die Erforschung der Atmosphäre mit Hilfe von GPS. Wenn von den GPS-Satelliten die Signale zur Erde geschickt werden, werden diese auf dem ihrem Weg durch die Atmosphäre gebrochen bzw. geschwächt. Aus dieser Veränderung der Signale kann man ablesen, wie z.B. der Wasserdampfgehalt in einem bestimmten Bereich der Atmosphäre ist oder die Temperatur. Sie können physikalische Parameter direkt in der Atmosphäre messen, wo bislang Ballons oder andere meteorologische Technologien eingesetzt wurden. Der große Vorteil der Satelliten-Geodäsie ist, dass man global die gesamte Erde abdecken kann.

planeterde: Seit wann gibt es denn die Satelliten-Geodäsie?

Emmermann: Sie ist völlig neu! Der erste Satellit, der überhaupt einen GPS-Empfänger an Bord hatte, war der CHAMP vom GFZ. In Taiwan, ein Land mit dem wir eng zusammenarbeiten, hat man jetzt sechs neue Satelliten, die COSMIC-Satelliten, die alle mit GPS ausgestattet sind. Hauptaufgabe der COSMIC-Satelliten ist das Sammeln von Atmosphärendaten. Die Satelliten schaffen pro Tage ungefähr 2500 Vertikalprofile durch die Erdatmosphäre. Sie können also ständig sehen, wie die Wasserdampf- und Temperaturverteilung global ausschaut und wie die Struktur der Atmosphäre überhaupt aufgebaut ist und sich verändert.

planeterde: Eine Frage zu der Meßmethode selbst: Können Sie kurz beschreiben, wie das GPS-Signal in der Atmosphäre verändert wird und wie daraus eine geodätische Messung abgeleitet werden kann?

Emmermann: Die Signale gehen ja nicht durch einen luftleeren Raum, deshalb reagieren sie in der Atmosphäre beispielsweise mit Wasserdampfmolekülen und anderen Luftbestandteilen; und dies ist abhängig von Druck und Temperatur. D.h. es werden die Fehlerquellen zur Analyse genutzt. Die GPS-Signale werden bereits in der Ionosphäre und auf dem ganzen Weg durch die Atmosphäre bis auf den Boden verändert. Normalerweise werden diese Fehler korrigiert, um das ungestörte GPS-Signal nutzen zu können, z.B. in der Entfernungsmessung für eine genaue Ortsbestimmung. Diese Korrekturen, mit denen sie normalerweise einfach die Fehler verringern, können Sie aber auch für Informationen nutzen. Dieser Umwandlungsprozess ist sehr aufwendig und erfolgt durch mathematische Modelle.

planeterde: Die Satelliten erzeugen eine riesige Menge Geodaten. Wozu nutzen Sie diese Daten?

Emmermann: Eine ganz zentrale Rolle spielt hier die Modellierung. Überhaupt haben die Modellierung und die Simulation von Geo-Prozessen in den Geowissenschaften sehr stark zugenommen. Hinzu kommt die Frage, wie man die ganzen Geodaten mit Hilfe von Geoinformationssystemen nutzt. Solche Projekte werden übrigens auch in den GEOTECHNOLOGIEN gefördert.

planeterde: Herr Emmermann, Sie sind neben Ihrer Funktion als Präsident der GeoUnion auch Leiter des Internationalen Kontinentalen Bohrprogramms. Lohnt es sich zum Verständnis des Systems Erde, einen genaueren Blick in den Untergrund zu werfen?

Emmermann: Auf jeden Fall. Ein anderes Thema, sozusagen das Gegenteil der Satelliten-Geodäsie ist der Blick in den Untergrund mit Tiefbohrungen, und die „Erkundung, Nutzung und Schutz des unterirdischen Raums“. Dazu gehört die Tiefengeothermie und ganz allgemein der Themenbereich Ressourcen. Wie erkundet man im Untergrund Ressourcen und wie kann man sie nachhaltig fördern, ohne dabei die Umwelt zu gefährden? Eine große Rolle spielt das Thema gerade auch bei Tunnelbauten oder dem Anlegen von unterirdischen Verkehrssystemen, wie es zum Beispiel in Großstädten der Fall ist. Hier haben die Geowissenschaften eine starke Verbindung mit den Ingenieurwissenschaften. Das GFZ hat zum Beispiel mit der Firma Herrenknecht eine völlig neue Bohranlage gebaut, die seit Ende November nahe bei München ein Geothermieprojekt durchführt. Diese neue Anlage basiert auf der ganzen Erfahrung, die wir durch das Deutsche Kontinentale Tiefbohrprogramm (KTB) und das Internationale Kontinentale Bohrprogramm gewonnen haben.

planeterde: Geothermie ist bislang ja noch ein eher jungfräuliches Thema für alternative Energien hier in Deutschland. Gibt es bereits Pilotprojekte?

Emmermann: Ja. Geothermie ist, wenn sie richtig funktioniert, eine erneuerbare Energie, die im Grunde unerschöpflich ist. Wir haben überall hohe Temperaturen im Untergrund. Geothermie ist krisensicher, rund um die Uhr und überall im eigenen Land verfügbar und grundlastfähig. Also eigentlich optimal. Die Frage ist nur, wie man eine Geothermieanlage so aufbauen kann, dass sie auch wirtschaftlich ist? Das Teuerste sind meistens die Bohrungen. Das Fündigkeitsrisiko ist auch ein Problem, d.h. die wasserführenden Horizonte zu finden, die sie brauchen. Hier hat die Geophysik, gefördert durch die GEOTECHNOLOGIEN in den letzten Jahren große methodische Fortschritte gemacht. Dies gilt auch für die Bohrtechnik. Die neue GFZ-Bohranlage kann bis zu 5000 Meter Tiefe bohren, ist containerisierbar, d.h. schnell zu transportieren, und obendrein kostengünstig. Die Anlage, die vorzugsweise für wissenschaftliche Zwecke eingesetzt wird, kann aber auch an Firmen verliehen und kommerziell eingesetzt werden.

Im Moment gibt es einige Geothermie-Projekte in Deutschland. In Landau befindet sich eine Anlage, mit der man erstmals Strom in größerem Umfang erzeugt. Wenn all diese Projekte – es sind ungefähr 50 in der Planung – Schritt für Schritt erfolgreich sind, glaube ich, dass die Tiefen-Geothermie auch in Deutschland eine Chance hat.

planeterde: Ist die Geothermie denn schon eine rentable Energiealternative?

Emmermann: Nein, wir sind noch in einem Stadium, wo gezeigt werden muss, dass diese Technologie auch wirtschaftlich ist. Dazu müssen Investoren beispielsweise mit einer gewissen Sicherheit vorab wissen, wo gebohrt werden muss, um die Menge Wasser zu fördern, die man benötigt, um ein Kraftwerk langfristig zu betreiben.

Im Bereich der Geothermie existiert derzeit ein großes von der EU finanziertes Forschungsnetz, „ENGINE“, in dem etwa 40 Partnereinrichtungen aus 18 Ländern zusammenarbeiten. Das Ziel ist, Geothermie dort zu entwickeln, wo keine anormal hohen Temperaturen im Untergrund herrschen, wie in Vulkangebieten, sondern in „normalen“ Gebieten, mit einem normalen geothermischen Gradienten, beispielsweise in Sedimentbeckenstrukturen. Wenn das alles funktioniert, wird man bald aus dem Forschungs- in das Anwendungsstadium kommen.

planeterde: In etwa zehn bis zwanzig Jahren könnten laut einer Meldung der Süddeutschen Zeitung1 über die Anlage in Landau bis zu 1000 Haushalte mit Strom aus Geothermie versorgt werden. Angesichts der ständig wachsenden Städte – steuern wir auf eine wirtschaftliche Herausforderung zu?

(1: „Reise zum heißen Kern der Erde“, Ausgabe Nr. 281 (6.12.07), S. 27)

Emmermann: Das Thema Energie und die Frage der Ressourcen ist durch den zukünftig noch wachsenden Bedarf natürlich in den Mittelpunkt gerückt. Das Thema „Megacities“, also die Bildung von Riesenstädten, wird in Zukunft überhaupt eine große Rolle spielen. Darauf haben die Geographen im übrigen als erste aufmerksam gemacht. Ich glaube, wir würden einfach einen Fehler machen, wenn wir die Geowissenschaften nicht mit der Geographie zusammennehmen. Nicht nur Aspekte der physischen und der Wirtschaftsgeographie sind dabei von Bedeutung, sondern auch Fragen des sozialen Zusammenlebens in städtischen Ballungszentren müssen in der Zukunft behandelt werden. All das wird in 20 bis 30 Jahren für die Geowissenschaften eine große Herausforderung werden.

planeterde: Vielen Dank für das Gespräch.

AA, iserundschmidt 01/2008


Weitere Informationen zum GEOTECHNOLOGIEN-Schwerpunkt „Erkundung, Nutzung und Schutz des unterirdischen Raums“ finden Sie hier.

Mehr zur Satelliten-Geodäsie am GFZ Potsdam finden Sie auf der Homepage des GFZ und hier auf planeterde; mehr zum Internationalen Kontinentalen Bohrprogramms ICDP hier.

Lesen Sie zum Thema außerdem auf planeterde die neue Serie "Den Geowissenschaften auf der Spur: „Vom Orchideenfach zum System Erde: Geowissenschaften heute“ sowie „Meeresgeochemie + PR = Wissenschaftskommunikation“.

Verweise
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