Projekt BrineMine: Gewinnung von Energie, Rohstoffen und Frischwasser aus Geothermalquellen

Der Norden Chiles ist eines der trockensten Gebiete der Erde, verfügt aber über umfangreiche Geothermie-Ressourcen. Mit neuartigen »Kombikraftwerken« könnte dort nicht nur klimafreundlich Strom erzeugt, sondern gleichzeitig auch Frischwasser und sogar Bodenschätze gewonnen werden. Dafür entwickelt das 2019 gestartete und vom Bundesforschungsministerium finanzierte deutsch-chilenische Forschungsprojekt BrineMine Strategien und Technologien. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE entwickelt im Rahmen des Projekts die Anlagentechnik für die spätere industrielle Nutzung. Ein Teil der Prozesskette wurde bereits erfolgreich in einem Geothermie-Kraftwerk im Oberrheingraben im Demonstrationsbetrieb getestet.

© Fraunhofer ISE
Demonstrationsanlage in einem Geothermie-Kraftwerk im Oberrheingraben.

Die für den Einsatz in Chile entwickelte Technologie basiert auf einer neuartigen Verfahrenskombination: Zunächst wird Wärme aus der geothermalen Sole wie bisher energetisch zur Stromerzeugung genutzt. Die so auf ein Abwärmeniveau von ca. 60°C abgekühlte und noch schwach konzentrierte Sole wird anschließend durch einen chemischen Fällungsreaktor geführt und von Störstoffen wie Silikaten befreit, bevor sie zur Nutzung der restlichen thermischen Energie durch einen Wärmeübertrager geleitet wird. Auf einem Temperaturniveau von ca. 25°C erfolgt dann eine Vorkonzentration mittels Umkehrosmose. Dabei wird gleichzeitig auch der größte Teil des Frischwassers gewonnen. Anschließend wird das Solekonzentrat durch Membrandestillation bis an die Sättigungsgrenze aufkonzentriert, um in einem Folgeprozess die enthaltenen Rohstoffe zu gewinnen. »Der thermische Energiebedarf dieses Membrandestillationsprozesses kann dabei unmittelbar aus der zuvor ausgekoppelten Abwärme des Kraftwerksprozesses gedeckt werden«, sagt Projektleiter Dr. Joachim Koschikowski vom Fraunhofer ISE. Hier wird ebenfalls zusätzliches Frischwasser produziert.

Neben der Adaption der Verfahren auf die besonderen Anforderungen der silikathaltigen Wässer widmet sich im Projekt vor allem der von Prof. Dr. Thomas Kohl geleitete Lehrstuhl Geothermal Energy & Reservoir Technology am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) der Erforschung des geochemischen und geothermischen Potenzials der Thermalquellen in Chile, mit Schwerpunkt auf den Thermalfeldern der Atacama-Wüste.

Das große Interesse der chilenischen Industrie an BrineMine wurde im Mai 2021 bei einem Webinar der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer deutlich, das 230 Teilnehmer zählte.

BrineMine wird vom Fraunhofer ISE koordiniert, weitere Projektpartner sind neben dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Geothermie Neubrandenburg (GTN) und die SolarSpring membrane solutions GmbH in Deutschland sowie Fraunhofer Chile und das Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA) in Chile. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt mit über 1,5 Millionen Euro.