Forschungsprojekte

Potenzialanalyse zur Geothermie-Nutzung in Tunnelbauvorhaben

Fördergeber Deutsche Bahn InfraGO AG
Projektpartner Geosolving srlund Politecnico di Torino
Projektdauer01. 01.11.2023 – 30.04.2024
Projektbearbeitung Rouven Zeus, M.Sc. ,
Prof. Dr.-Ing. Hauke Zachert ,
M. Sc. Martina Scerbo,
M. Sc. Martina Nicolino,
Dr. Francesco Antolini,
Dr. Alessandra Insana,
Prof. Dr. Marco Barla
Kontakt Prof. Dr.-Ing. Hauke Zachert

Zur Erreichung der Klimaziele bis 2045 plant Deutschland eine Verlagerung des Verkehrs auf die Schiene, was den Ausbau und Neubau von Bahnstrecken erforderlich macht – insbesondere durch Tunnel in dicht besiedelten Gebieten. Parallel dazu bleibt die Wärmewende eine Herausforderung: Der Anteil erneuerbarer Energien in der Wärmeversorgung lag 2022 bei nur 17,4 % (Agentur für erneuerbare Energien). Wärmepumpen, die Geothermie nutzen, gelten hier als Schlüsseltechnologie. Tunnelbauwerke bieten durch ihre erdberührten Strukturen ein bislang wenig genutztes Potenzial für geothermische Energiegewinnung.

In dem durchgeführten Projekt wurde dieses Potenzial anhand der Tunnelprojekte „Verbindungsbahn-Entlastungstunnel“ in Hamburg und „Pfaffensteigtunnel“ bei Stuttgart untersucht. Nach einer Literaturrecherche zu bestehenden Anwendungen von Geothermie in Tunneln (AP1) wurden Planungsunterlagen und geologische Daten der betrachteten Tunnel analysiert (AP2). Es folgten semianalytische (AP3) sowie numerische Berechnungen (AP4) zur Abschätzung des geothermischen Potentials. Abschließend bewertete eine Machbarkeitsstudie (AP5) technische, rechtliche und wirtschaftliche Aspekte.

Ergebnisse

Für den Pfaffensteigtunnel bei Stuttgart ergab die semianalytische Berechnung ein sehr hohes potenzielles Wärmeentzugsvermögen im Winter und ein ebenfalls hohes Potential zur Einspeisung von Wärme im Sommer. Die Technik erscheint wirtschaftlich umsetzbar, sofern geeigneter Raum für PE-Sammelleitungen im Füllbeton eingeplant wird. Detaillierte Ergebnisse der Berechnungen dürfen aufgrund von laufenden Verfahren nicht geteilt werden.

Für den Verbindungsbahn-Entlastungstunnel in Hamburg wurde ein etwas geringeres Potenzial festgestellt: Im Winter lassen sich laut semianalytischer Berechnung 6.360 kW (0,50 kW/m) entziehen, im Sommer 9.759 kW (0,76 kW/m) einspeisen. Die numerische Analyse lieferte für 30 Tage Volllastbetrieb 4.961 kW (0,39 kW/m), nach 90 Tagen 4.516 kW (0,35 kW/m). Technisch ist die Umsetzung auch hier möglich, allerdings steigen die Kosten deutlich, wenn die Leitungen an der Tunnelwand angebracht und aus Edelstahl gefertigt werden müssen.

Abbildung 1: Bereich des Verbindungsbahn-Entlastungstunnels, der für die numerische Simulation herangezogen.
Abbildung 1: Bereich des Verbindungsbahn-Entlastungstunnels, der für die numerische Simulation herangezogen.

Insgesamt zeigen beide Projekte ein hohes Potenzial, das jedoch frühzeitig in die Tunnelplanung integriert werden sollte. Die geothermische Nutzung von Tunnelwänden ist technisch machbar und kann zur Reduktion von CO₂-Emissionen beitragen. Sie stellt eine innovative Ergänzung im Zusammenspiel von Verkehrs- und Wärmewende dar.

Publikationen