Saubere Luft dank Erdwärme

Weite, leere Landschaften, eine weitgehend unber¨¹hrte Natur ¨C diese idyllischen Bilder verbindet man hier in Europa gew?hnlich mit der Mongolei. Doch das ist nicht die ganze Wahrheit, vor allem nicht im Winter. Denn dort, wo die Menschen leben, ist es in dieser Jahreszeit meist alles andere als idyllisch. Dicker, russiger Rauch liegt ¨¹ber den Siedlungen und macht den Menschen das Atmen schwer. Bis zum 80-Fachen des von der Weltgesundheitsorganisation WHO definierten Richtwerts erreicht die Belastung in den Siedlungen ¨C eine unzumutbare Situation, denn die dreckige Luft f¨¹hrt dort auch zu massiven Gesundheitsproblemen.

Potenzial in der Tiefe

Ein Ausweg aus dieser kritischen Situa?tion w?re, die H?user nicht mehr wie bisher mit veralteten, meist filterlosen Kohle?fen zu heizen, sondern mit erneuerbarer, sauberer Energie. Und die Voraussetzungen dazu sind in der Mongolei gar nicht so schlecht. Im Untergrund schlummert heisses Magma, erkennbar an den zahlreichen heis?sen Quellen, die bis zu 87 Grad heisses Wasser an die Erdoberfl?che bringen. Tats?chlich wird die Geothermie in der Mongolei bereits genutzt, beispielswese zum Beheizen von Gew?chsh?usern. Doch um diese Energiequelle im gr?sseren Massstab zu nutzen, br?uchte es wesentlich mehr Wasser, als an der Erdoberfl?che zu Tage tritt. Das Problem dabei: Das heisse Wasser fliesst im Untergrund nur entlang bestimmter Zonen. Wenn man nicht weiss, wo sich diese befinden, wird jede Bohrung, die das kostbare W?rmere?servoir erschliessen soll, zur Lotterie. 

Diese Erfahrung machten auch die Menschen in Tsetserleg in der Provinz Arkhangai. Die bisherigen Bohrungen sp¨¹len nur gerade 40 Grad warmes Wasser an die Erdoberfl?che. Das reicht zwar f¨¹r ein warmes Bad, aber nicht, um eine Stadt zu heizen ¨C geschweige denn, um Strom zu produzieren. Dementsprechend waren die lokalen Beh?rden zun?chst skeptisch, als ihnen ETH-Forschende einen neuen Versuch vorschlugen, die Geothermie in der Region im grossen Massstab zu erschliessen.

Doch Martin Saar, Professor f¨¹r Geothermische Energie und Geofluide im Departement Erdwissenschaften, und Friedemann Samrock, Oberassistent in Saars Gruppe, sind zuversichtlich, dass die Stadt mit W?rme aus dem Untergrund geheizt werden k?nnte. ?Die Voraussetzungen in Tsetserleg sind ideal. Es gibt hier nicht nur heisses Wasser in der Tiefe, sondern es existiert auch bereits ein Fernw?rmenetz, um die W?rme zu verteilen?, erkl?rt Saar. Dieses wird heute von einer Kohleheizung gespeist, k?nnte aber ohne gr?sseren Aufwand mit heissem Wasser aus der Erde betrieben werden. 

Impulse aus dem All

Dass Saar und Samrock so zuversichtlich sind, die richtigen Stellen f¨¹r die Erschliessung des heissen Grundwassers zu finden, hat einen guten Grund: Mit der sogenannten Magnetotellurik verf¨¹gen sie ¨¹ber eine Messmethode, mit der sich pr?zise aufzeigen l?sst, wo in der Tiefe wasserf¨¹hrende Schichten durchziehen. Das Verfahren basiert auf der Tatsache, dass zeitlich variierende Magnetfelder in den leitf?higen Strukturen im Erdinnern elektri?sche Wirbelstr?me verursachen. Die Schwankungen des Magnetfelds k?nnen beispielsweise durch den Sonnenwind oder durch globale Blitzaktivit?t ausgel?st werden. Das elektrische Feld, das durch diese Schwankungen auf nat¨¹rliche Weise induziert wird, erzeugt wiederum ein sekund?res Magnetfeld, das man dann mit entsprechenden Messger?ten an der Erdoberfl?che messen und analysieren kann. ?Die Messdaten zeigen uns, wie die elektrische Leitf?higkeit im Untergrund variiert. Und da wasserf¨¹hrende Schichten eine andere Leitf?higkeit haben als trockenes Umgebungs?gestein, sehen wir anhand der Auswertung, wo das heisse Wasser zu finden ist?, erl?utert Samrock.

G¨¹nstig ist dabei, dass es in der Mongolei ¨C anders als beispielsweise in der dicht besiedelten Schweiz ¨C nur sehr wenige menschliche St?rsignale gibt. So verlief denn auch die erste Messkampagne im letzten Sommer speditiv. An insgesamt 184 verschiedenen Orten konnten die Forschenden ihre Messanlage aufstellen, um die Strukturen im Untergrund zu erfassen. ?Im n?chsten Sommer werden wir dann in einer zweiten Kampagne gezielt diejenigen Stellen genauer untersuchen, die uns besonders vielversprechend erscheinen?, erkl?rt Samrock. Bei der Auswertung der Daten k?nnen die ETH-Geophysiker eine weitere St?rke ausspielen. Sie arbeiten mit der Gruppe f¨¹r Magnetismus der Erde und Planeten zusammen. Diese verf¨¹gt ¨¹ber ausgekl¨¹gelte numerische Verfahren, mit denen die Strukturen im Untergrund berechnet werden k?nnen. ?Das Rechenprogramm unserer Kollegen hat zwei St?rken: Es geht nicht von einer flachen Erdoberfl?che aus, wie andere Programme, sondern ber¨¹cksichtigt die Topografie. Und es ist in der Lage, Variationen in der Aufl?sung, die durch unregelm?ssige Verteilung der Messstationen entstehen, korrekt abzubilden?, sagt Samrock. 

Forschung f¨¹r Entwicklung

Zentral ist aber nicht nur die geophysikalische Forschung, sondern auch der Wissenstransfer, handelt es sich doch um ein ?Research on Global Issues for Development?-Projekt, das vom Schweizerischen Nationalfonds und der Direktion f¨¹r Entwicklung und Zusammenarbeit (Deza) gemeinsam finanziert wird und an dem sich auch die Mongolian Academy of Sciences beteiligt. ?Wir haben einen Doktoranden aus der Mongolei im Team, der nach seinem Abschluss als Experte im Land weiterarbeiten wird?, erkl?rt Saar. ?Und wir werden nach Abschluss der Messkampagnen auch die Ausr¨¹stung in der Mongolei lassen, damit die dortigen Geophysiker auch noch in anderen Gebieten nach heissem Grundwasser suchen k?nnen.? Damit w?re der Weg geebnet, in der Mongolei die Luftqualit?t im Winter massiv zu verbessern ¨C und gleichzeitig auch die CO₂-Emissionen des Landes zu reduzieren.