Nachhaltigkeitsbeurteilung potenzieller Gebiete für tiefe geothermische Energiesysteme in der Schweiz

Die Energiestrategie 2050 verlangt, dass die Schweiz die Kernenergie durch nachhaltige, kohlenstoffarme Energietechnologien ersetzt. Eine dieser Technologien ist die Tiefengeothermie (DGE), die eine Grundlastoption mit grossem Potenzial darstellt. Mögliche Kraftwerkstandorte sind jedoch durch ihre Nachhaltigkeitsleistung eingeschränkt, die von den geologischen Bedingungen sowie von wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Aspekten abhängt.

Auf der Grundlage dieser Voraussetzungen entwickelten Forschende der Gruppe für Technologiefolgen-Abschätzung am PSI für die DGE ein Instrument zur Bewertung der Nachhaltigkeit von potenziellen Gebieten, das die Multikriterien-Entscheidungsanalyse (Multi-Criteria Decision Analysis, MCDA) sowie ein Geographisches Informationssystem (GIS) kombiniert. Die MCDA ermöglicht es, eine Vielzahl von Aspekten auf transparente Weise zu berücksichtigen, z. B. ökologische und wirtschaftliche Bedingungen. Das GIS berücksichtigt die räumliche Variabilität des Problems.

Durchschnittliche Nachhaltigkeitskarte für Tiefengeothermie in der Schweiz, basierend auf einer Reihe von Muster-Präferenzprofilen.

Für ihre Nachhaltigkeitsbeurteilung verwendeten sie auf Gemeindeebene für das Schweizer Molassebecken einen sogenannten räumlichen MCDA-Ansatz (sMCDA). Für diesen Teil der Schweiz werden aufgrund der im Vergleich zum Alpenraum homogeneren – und damit geeigneteren – geologischen Bedingungen mehr DGE-Pilotprojekte erwartet. Insgesamt bewerteten die Forschenden die Nachhaltigkeitsleistung von 1684 Gemeinden.

Durchschnittliche Nachhaltigkeitskarte für tiefe Geothermie in der Schweiz basierend auf einem gleichgewichtigen Präferenzprofil.

Gegenwärtig sind in der Schweiz keine DGE-Anlagen in Betrieb. Deshalb definierten die Forschenden sechs hypothetische geothermische Anlagen mit zwei (Duplett-) oder drei (Triplett-) Bohrungen und jeweils drei installierten Anlagenkapazitäten.

Um die Nachhaltigkeit der DGE zu bewerten, definierten sie 12 Indikatoren, welche die drei Säulen der Nachhaltigkeit (Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft) abdecken, die anschliessend für die sechs hypothetischen Fälle von geothermischen Anlagen in jeder Gemeinde geschätzt werden. Die fünf Umweltindikatoren sind Klimawandel, Humantoxizität, Feinstaubbildung, Wasserknappheit und Metallabbau. Bezüglich der Wirtschaftlichkeit wurden die durchschnittlichen Erzeugungskosten und die Unternehmensbesteuerung bewertet. Die fünf sozialen Indikatoren sind das nicht-seismische Unfallrisiko, das natürliche seismische Risiko, die induzierte Seismizität, die Bevölkerung und das Vorhandensein von National-/Regionalparks.

Zur Berechnung der Umweltindikatoren verwendeten die Forschenden die Ökobilanz (Life Cycle Assessment, LCA). Der Klimawandel drückt aus, wie viel Kilogramm CO2 pro kWh, das die Anlage während ihrer Lebensdauer produziert, in die Atmosphäre freigesetzt wird. Die Humantoxizität misst die Anzahl der durch Krankheit oder Behinderung verlorenen Jahre pro kWh, die vom Kraftwerk während seiner Lebensdauer produziert werden. Die Feinstaubbildung misst das Gewicht des von der Anlage während ihrer Lebensdauer freigesetzten PM10 pro kWh. Der Wasserverbrauch und der Metallverbrauch entsprechen dem Gewicht des spezifischen Ressourcenverbrauchs pro kWh, den die Anlage während ihrer Lebensdauer produziert. Alle diese Indikatoren variieren räumlich und reagieren empfindlich auf den Temperaturgradienten im Untergrund. Der Indikator "Durchschnittliche Erzeugungskosten" misst die durchschnittlichen Kosten, einschliesslich des amortisierten Kapitals, der wiederkehrenden Kosten und der Kosten am Ende der Lebensdauer eines DGE-Projekts pro kWh während der Lebensdauer der Anlage. Er reagiert ebenfalls empfindlich auf den Temperaturgradienten im Untergrund. Folglich berechneten die Forschenden unterschiedliche Werte dieser Indikatoren für jede Gemeinde, basierend auf dem Temperaturgradienten des Untergrundes in der Schweiz.

Im Gegensatz dazu sind für das nicht-seismische Unfallrisiko keine räumlichen Auswirkungen vorhanden, da dieser Indikator nur von der Anzahl der Bohrungen abhängt. Die Unternehmensbesteuerung, die je nach Tonnage variiert, bezieht sich auf die prozentuale Besteuerung in den Branchen. Das natürliche seismische Risiko wird auf einer Ordinalskala als niedrig, mittel oder hoch ausgedrückt, basierend auf den seismischen Zonen gemäss der Norm 261 des Schweizerischen Ingenieurvereins (SIA). Die Forschenden betrachten dies als Indiz für die gesellschaftliche Akzeptanz, wobei hohe Werte einer geringeren gesellschaftlichen Akzeptanz entsprechen und umgekehrt. Für den Indikator Bevölkerung verwendeten sie die Einwohnerzahl. Je grösser die Bevölkerung in einer Gemeinde ist, desto höher ist das Risiko potenziell betroffener Einwohner z. B. durch induzierte Seismizität.

Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von National-/Regionalparks zeigt, ob eine Gemeinde für ein potenzielles DGE-System besser geeignet ist, da Parks bestimmten Vorschriften unterworfen werden können, die den Beginn oder sogar die Akzeptanz eines DGE-Projekts beeinflussen können. Die Forschenden schätzten den Indikator für induzierte Seismizität auf der Grundlage des erwarteten Gesamtvolumens der in der Stimulation injizierten Flüssigkeit. Je höher das Volumen, desto höher das Risiko von induzierter Seismizität.

Die Forschenden schätzten die Indikatorwerte für die sechs hypothetischen geothermischen Anlagen in jeder Gemeinde und speisten sie in die sMCDA ein. Der Algorithmus wies dann jeder Gemeinde eine Nachhaltigkeits-Klasse zu (hoch, mittelhoch, mittel, mittel-niedrig, niedrig), wobei die Akzeptanz eines Entscheidungsträgers berücksichtigt wurde, d. h. wie anspruchsvoll ein hypothetischer Entscheidungsträger ist, die vorgeschlagene Klasse der Nachhaltigkeit, die Präferenzen der Interessengruppen und die Unsicherheit der Indikatoren zu akzeptieren. Da die Forschenden keine Umfrage durchführten, um die Präferenzen der Stakeholder zu ermitteln, definierten und verwendeten sie repräsentative, künstliche Präferenzprofile.

Im Durchschnitt legen die Ergebnisse dar, dass die Nachhaltigkeitsleistung der DGE in der Schweiz im Nordosten der Schweiz hoch ist. Die künstlichen Stakeholder-Profile zeigen jedoch deutlich, dass unterschiedliche Profile die Nachhaltigkeitsleistung einer Gemeinde beeinflussen können. Dies verdeutlicht die Sensitivität des Rankings gegenüber subjektiven Präferenzen der Stakeholder. Deshalb müssen Kompromisse im Rahmen eines fundierten Entscheidungsprozesses und zur Steuerung der öffentlichen Debatte sowie der partizipativen Prozesse in Betracht gezogen werden.