Concrete infrastructures are closely connected to contemporary society and the need
to study concrete microstructure in detail is a basic necessity for effective advancements
in concrete technology. Digital rock physics provides an effective way of
determining the physical properties of concrete at pore scale and has been used for
few decades due to its non destructive character. This study covers the use of micro
X-ray Computed Tomography (XRCT) technology to generate a three dimensional
digital twin representing a dry concrete sample, which helps to analyse the internal
structure of concrete and regarding any possible changes occurring within the
microstructure under the influence of external pressure. To get more detailed information
of the inner structure, thin section microscopic images were compared with
the μCT images available from XRCT experiment and helps to identify possible additional
phases based on literature review which cannot be seen in a μCT image due
to their comparatively lower resolution. For study purposes, both the thin section
images and μCT images were readily available and there was no need of actually
performing the experiment. Using the μCT images, the porosities of the digital twin
representing the concrete sample at different confining pressures was calculated
and any possible variation due to the external pressure is analysed. Rock physics
templates like the Hashin-Shtrikman bounds were also utilised here for calculating
elastic properties like the bulk modulus and the shear modulus. However the application
of Hashin-Shtrikman bounds and the adopted μCT image processing methods
possess certain challenges which affects the accuracy in results. This research contributes to the broader objective of comprehending reservoir characterization through analysis of μCT images of concrete specimen.

Am Standort Gersdorf im ehemaligen Steinkohlerevier Lugau-Oelsnitz (Sachsen) muss zukünftig dauerhaft Grubenwasser abgeführt werden. Um aus dieser Aufgabe einen Benefit zu ziehen, wurde anhand von Simulationen in Matlab Simulink evaluiert, wie eine geplantes Neubauquartier (11 Einfamilienhäuser) bestmöglich regenerativ versorgt werden kann. Dabei wurden Verbraucherlastprofile (Wärme, Kühlen, Strom) für verschiedene Bevölkerungsgruppen z.B. Senioren und Familien in die Simulation integriert. Neben einer Nutzung des Grubenwassers wurde dabei auch analysiert, in wie weit eine zusätzliche Nutzung der verfügbaren Dachflächen für Photovoltaik und Solarthermie zu empfehlen ist.

Die Ergebnisse zeigen, dass die verfügbare Heizleistung des Grubenwassers (420 kW) am Standort deutlich über der benötigten Heizleistung des gesamten Quartiers von 65 kW liegt. Die Erwärmung des Grubenwassers durch Kühlen im Sommer liegt deutlich unter 1 K.

Eine Simulation des gesamten Quartiers mit einer zentralen 65 kW-Wärmepumpe und einer Variation von 0 bis 100 % Photovoltaik bzw. Solarthermie-Anteil an der verfügbaren Gesamtdachfläche (880 m²) zeigt, dass elektrische Deckungsgrade bis 40 % und thermische Deckungsgrade bis zu 100 % (mit Grubenwassergeothermie) bzw. bis 50 % (ohne Grubenwassergeothermie) möglich sind. Zusammenfassend zeigt der Variantenvergleich, dass eine Lösung mit Grubenwassergeothermie und einer möglichst großen PV-Fläche zu empfehlen ist. Wenn die Wärmepumpe auf 100 %-Deckung ausgelegt ist, sind im Sommer bis zu 20fache thermische Überschüsse verfügbar, die an Gebäude außerhalb des Quartiers abgegeben werden können. Alternativ ist eine kleinere oder modulierende Wärmepumpe (< 50 kW) in Kombination mit Solarthermie zu empfehlen.

Der Großteil der Endenergie in Deutschland wird für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden eingesetzt. Bestandsgebäude haben meist einen vergleichsweise hohen Wärmebedarf, da über die Hälfte dieser Gebäude bereits vor der ersten Wärmeschutzverordnung errichtet wurden und weniger als 10 % davon vollsaniert sind. Wärmepumpen, die Erdwärmesonden als Wärmequelle nutzen, könnten einen wichtigen Beitrag leisten, den Gebäudebestand klimaschonend mit Wärme zu versorgen.

Der effiziente Einsatz von Wärmepumpensystemen hängt allerdings stark von den technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ab. Folglich wird aktuell kontrovers diskutiert, ob solche Systeme im Gebäudebestand überhaupt wirtschaftlich eingesetzt werden können und wie groß deren Klimanutzen ist.

Im Rahmen der hier vorgestellten Parameterstudie wurde untersucht, welchen Einfluss der Heizenergiebedarf des Gebäudes, die Vorlauftemperatur des Heizsystems sowie die thermischen Eigenschaften des Untergrundes auf die Wirtschaftlichkeit und den Klimanutzen des Erdwärmesondensystems haben. Dabei wurden unterschiedliche ökonomisch-ökologische Szenarien betrachtet.

Die Parameterstudie zeigt, dass die betrachteten Systeme unter bestimmten Gegebenheiten durchaus wirtschaftlich sein können. Wichtigster Parameter hierfür ist die Vorlauftemperatur des Heizungssystems. Der jährliche Wärmebedarf oder die Untergrundeigenschaften haben einen wesentlich geringeren Einfluss auf die Ergebnisse. In den untersuchten Szenarien schneiden die Erdwärmesondensysteme bereits ab Vorlauftemperaturen von 55 °C wirtschaftlicher ab als eine vergleichbare Gasheizung. Eine deutliche ökologische und energetische Verbesserung wird erwartungsgemäß immer erreicht. Demnach sind Maßnahmen, welche die Vorlauftemperatur eines Gebäudes heruntersetzten, besonders sinnvoll. Ein vollsanierter Zustand ist für den wirtschaftlichen Einsatz von Wärmepumpen im Gebäudebestand somit nicht Voraussetzung.

Die Beurteilung des thermischen Empfindens von Menschen spielt eine entscheidende Rolle in der bedarfsgerechten Klimatisierung von Gebäuden. Ziel ist es, nur so viel Wärme ab- oder zuzuführen, wie die Bewohner:innen benötigen, um thermischen Komfort zu erfahren. Heutige Heiz- und Kühlthermostate werden nach der im Raum herrschenden Lufttemperatur geregelt. Die entsprechenden Solltemperaturen wurden unter Zuhilfenahme von Behaglichkeitsmodellen für sitzende Personen mit leichter Tätigkeit und einer vorgegebenen Bekleidungskombination abgeleitet. Da thermischer Komfort jedoch ein Zustand ist, welcher für die Raumkonditionierung nicht allein durch die Lufttemperatur beschrieben werden kann, erreich man mit lufttemperaturgeführten Heiz- und Kühlthermostaten immer nur eine ungefähre Bedarfsdeckung von Wärme und Kälte. Gerade bei verschiedenen Gebäudestandards können der Einbezug von Komfortindizes von Behaglichkeitsmodellen, die unter Zuhilfenahme weiterer Raumklimaparameter und humanphysiologischer Kenngrößen eine Bewertung des Raumklimas vornehmen, zu präziseren Auslegungen bei Heizsystemen und insbesondere Erdwärmepumpensystemen führen. Als geeignete Indizes für die Gebäudekonditionierung haben sich die operative Temperatur als auch die Berechnungsgröße des Behaglichkeitsmodells nach Fanger, das vorausgesagte mittlere Votum (Predicted Mean Vote, kurz PMV), herausgestellt. Gegenstand der Untersuchungen dieser Arbeit ist es, die Auswirkungen der alternativen Regelungen auf den Lastgang und den Energiebedarf verschiedener Gebäudestandards zu untersuchen und den Einfluss dieser auf die Dimensionierung und Auslegung von Erdwärmepumpen-Systemen abzuschätzen. Die Ergebnisse zeigen, dass für die behaglichkeitsgeführte Raumkonditionierung, besonders bei Alt- und Bestandsbauten, die spezifischen Investitionskosten pro kWh, um bis zu 13% niedriger ausfallen als bei der Regelung nach der Lufttemperatur.

Chemical stimulation of geothermal reservoirs was recently proposed as a potential alternative to hydraulic stimulation for decreasing the risk of induced seismicity. In previous studies, selective dissolution of biotite was demonstrated in fractured granite at 200°C and 15 MPa confining pressure. This study reports results of chelating agent flooding experiments for a variety of German granitoids with geothermal project context under different temperature and confining pressure conditions. Thus, lab work on fractured granitoids will be developed into chelating agent flooding experiments at 150 - 200°C and 15 - 55 MPa. The stimulation fluid consists of a 20 wt% aqueous solution of a sodium salt of a chelating agent, GLDA. The lab scale effectiveness of the chelating agent shall be investigated with X-ray CT prior and after the experiment as well as effluent, SEM and EPMA analysis. The first results presented a fast and large permeability improvement at 200 °C under a confining pressure of 15 MPa, accompanied by a wormhole formation due to dissolution of a mineral vein identified by X-ray CT. Moreover, biotite dissolution was observed which led to void formation and therefore connected fluid paths. It can be assumed that the combination of a fracture filled with Ca-bearing minerals and biotite being dissolved is a reason for the fast permeability improvement. This extensive study of the chemical stimulation of granitoids provides evidence for effective permeability enhancement based on pressure and temperature conditions and previously unfocused influencing factors of the composition of potential geothermal reservoir rocks.

Matrix acidification is one of the most popular stimulation techniques to increase the porosity and permeability of reservoir systems. Usually, the thermal-hydro-mechanical properties of reservoir rocks affected by the matrix acidification process are studied using flow-through tests or autoclave experiments. In this study, a novel acidification approach was tested using a thermal triaxial device at the TU Darmstadt laboratory. Thereby, hydrochloric acid 0.0375% (HCl pH=2) was flushed continuously through a total of five Remlinger sandstone samples under reservoir conditions (90^oC temperature, s₁=25 MPa, and s₃=23MPa). Changes in matrix permeability and other petrophysical parameters due to the chemical reaction between the rock sample and HCl were recorded before, during, and after the reactive experiments. In addition, outflow fluid samples were collected for posterior ICP-MS analysis, and thin section descriptions after the test were included. After approximately 30 days of continuous flow for each sample, the permeability increased for all the samples, with a maximum increase of 300%. Likewise, porosity increased from 13.2% to 14.5%. In contrast, P- and S-wave velocities decreased from 2608 to 2189 m‧s^-1 and from 1540 to 1380 m‧s^‑1, respectively. Test results provide important information for reservoir stimulation and can be used to benchmark THMC models.

Die Nutzung nachhaltiger Energieressourcen ist in der heutigen Zeit unvermeidbar. Jedes Jahr steigt der Anteil der erneuerbaren Energieressourcen in Deutschland und damit auch der Anteil der geothermisch erzeugten Energie. Das größte thermische Potential liegt in tiefen, harten Formationen. Da die Bohrkosten mit zunehmender Tiefe exponentiell ansteigen, ist die tiefe Geothermie ein kostenintensives Unterfangen, bei dem Kostensenkungen gefragt sind. Eine Maßnahme zur Kostenreduktion ist das wasserstrahlbasierte Bohren. Dabei wird das Gestein nicht durch mechanische Bearbeitung mittels Bohrmeißel, sondern durch die hydraulische Energie eines Hochdruckwasserstrahls abgetragen. Kavitation und auch der durch Pulsation periodisch aufkommende Wasserhammereffekt steigern den Gesteinsabtrag und führen somit zu einem effizienteren Bohrfortschritt.

Die in dieser Studie betrachtete Wasserstrahldüse ist eine selbst-resonante Düse. In dieser kavitiert und pulsiert der Wasserstrahl aufgrund in einer Resonatorkammer aufkommenden Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten.

Für die Experimente wurde ein Prüfstand aufgebaut, der aus einer Hochdruckpumpe, einem Autoklaven mit Sichtfenstern und Messtechnik besteht. Die Düse wurde im Autoklaven mit einstellbarem Zellendruck untersucht. Ziel der Experimente war es, die Pulsationsfrequenz sowie die Wolkengröße der Kavitation mittels AE (acoustic emission) -Sensorik messen zu können. Die Messdaten wurden durch eine optische Überwachung mit Hilfe von Schattenbildverfahren verifiziert. Zu diesem Zweck wurde eine Hochgeschwindigkeitskamera mit bis zu 1.000.000 Bildern pro Sekunde eingesetzt.

Die Experimente haben nachgewiesen, dass eine Korrelation zwischen den AE-Messdaten und der durch Schattenbildverfahren gemessenen Wolkengröße besteht. Darüber hinaus konnte die Pulsationsfrequenz der Kavitationswolken durch AE-Sensorik gemessen werden. Außerdem haben die Experimente gezeigt, dass die Pulsationsfrequenz und die Wolkengröße in Abhängigkeit zum Druckverhältnis Zellendruck/Düsenvordruck, sowie auch zum Düsenvordruck stehen.

Geothermal energy is a promising source of renewable energy, especially in times of
high economical costs for fossil energy carriers and the need to reduce greenhouse
gases drastically. Accordingly, exploration and development of geothermal resources
have become increasingly important worldwide. In Hungary the Dunántúl Group
Formation is targeted for geothermal energy production. However, little is known about
the microscale pore structures and flow properties of this formation, which are crucial for
both, successful water injection and extraction for producing geothermal energy. In fact,
geothermal wells in this particular region are suffering from severe clogging processes,
leading to a shut-down of injection wells within very few years. This study aims to
contribute to the sustainable development of geothermal energy resources in Hungary
and provide insights into the geology and hydrogeology of the study area by
investigating pore structures and petrophysical properties of selected sandstone
samples from this formation. The study includes classical mineralogical and
petrophysical methods, as well as advanced techniques, such as X-ray µ-CT imaging,
3-D image analysis, digital rock simulations. The results showed that the target rock
formation has relatively high porosity and permeability, highlighting the potential of a
suitable reservoir for geothermal energy production. However, the presence of small
pores, which are connecting the larger pore-network, are filled with fine-grained and
potentially movable grain material. In combination with an overall very weak degree of
cementation of the grains, this could be a main reason for physical (i.e., particle driven)
clogging during water injection procedures. The findings of this study will help in the
exploration and development of sustainable geothermal resources in the region.

For the exploitation of deep geothermal reservoirs that locate 5 km below the earth surface, a high demand for novel DTH tools exists, that feature an extended service life compared to traditional drilling tools. Typical industrial DTH hammers use a piston moved by hydraulics or compressed air which applies an alternating load onto the drill bit to crush the rock at the borehole bottom. The lifetime of hydraulic type DTH hammers depends much on the quality of the fluid being used which is currently mostly limited to clear water. Therefore, a novel percussion mechanism for deep reservoir exploration is developed, which uses among other innovations a motionless fluidic switch instead of a mechanical valve. The development of the novel percussion mechanism is realized by an experimental as well as a numerical approach to iteratively optimize each component. The investigations show an improvement to the current state of fluidic switch driven percussion mechanisms and show the great potential of this technology, which lies in its simplicity and the various adjustment options.

Das Münsterländer Kreidebecken im Norden Nordrhein-Westfalens (NRW) umfasst drei Karbonatgesteins-Formationen, welche potentielle, hydrothermale Systeme für die Entwicklung von Tiefengeothermie darstellen: der devonische Massenkalk als tiefstes Reservoir in ca. 5.000 m, der Kohlenkalk des Unterkarbons, sowie die karbonatischen Formationen des Cenomans und Turons der Kreide in bis zu 1.200 m Tiefe. Die vorliegende Studie fokussiert sich auf die Struktur und geothermischen Eigenschaften der Oberkreideschichten. Tiefreichende, tektonische Strukturelemente können zudem Fließwege für hydrothermale, korrosive Fluide darstellen und damit Verkarstung in den Karbonatreservoiren hervorrufen und sind im Gegensatz zu Randbereichen des Beckens und der Kohlenwasserstoffexploration im Zentrum des Beckens, relativ unbekannt.

Für diese Studie wurden 2D-seismische Bestandsdaten, sowie Daten der Landesaufnahme des Geologischen Dienstes NRW mit Bohrungsdaten interpretiert. Das Kreide-Intervall zeigt mindestens zwei auffällige SW-NE streichende Zonen, in denen Transtensions/Transpressions-Strukturen (sog. Flower-Structures) identifiziert wurden. Diese können regional paläozoischen (d.h. variszischen) Antiklinalen zugeordnet, welche in ihren zentralen Bereichen Auf- bzw. Überschiebungen und extrem steiles Einfallen aufweisen. Es wird vermutet, dass diese Antiklinalen Schwächezonen darstellen, die während der Oberkreideinversion tektonisch reaktiviert wurden.

Darüber hinaus geben erhöhte Impedanzkontraste im Bereich der Flower-Structures Hinweise auf erhöhte Porositäten und somit auch ggf. auf erhöhte Permeabilitäten, die notwendig für offene geothermische Systeme sind. Nachweise von Kohlenwasserstoffen (Gas) im Cenoman und Turon des Münsterländer Kreidebeckens durch Bohrungen unterstützen diese Beobachtung. Diese Strukturen stellen daher ein mögliches Ziel für mitteltiefe geothermische Projekte dar.

Die prognostizierten höheren Permeabilitäten und Porositäten entlang dieser tektonischen Zonen in der Kreide begünstigt die Entwicklung von tiefengeothermischen Projekten im zentralen Bereich des Münsterländer Kreidebeckens.

The Gulf of Suez is the most promising area for geothermal potential and oil/gas industry. This study focuses on the future geothermal potential in the Belayim reservoir in Shoab Ali oil field and hence the importance to study the structural closure of this formation along with the seal/reservoir integrity.

The targeted offshore oilfield is located in the southern part of the Gulf of Suez,43 Km to the southeast of El Tor city. It is part of a tilted fault-block within the Ghara trend northeast of Shadwan Island.

To develop a 3D structural model in the study area, 2D seismic lines and borehole data were used in Petrel software. The modelled horizons were South Gharib formation representing the top seal of the field, Belayim and Kareem formations representing the shallowest reservoirs in the field.

The model shows three Gulf of Suez trending normal faults dissecting both top Belayim and top Kareem reservoirs. The structure of both reservoirs is a simple 3-way closure. faults throw and faults displacement profiles were estimated, and show adequate values. Additionally, a juxtaposition analysis is performed to show the reservoir integrity and the paths of possible leakage along the faults plan and the results show a good sealing of the reservoir along the faults, which make this unit suitable for heat production, and mostly for CO2 storage.

Die mitteltiefe Geothermie im Norddeutschen Becken, die bislang nur geringfügig erschlossen wurde, eröffnet vielversprechende Perspektiven für eine klimaneutrale Wärmeversorgung. Insbesondere die porösen Kalkarenite des Maastrichts stellen ein potenziell geeignetes Reservoir dar. Im Norddeutschen Becken kann das Maastricht, innerhalb seines Verbreitungsgebietes, von Südosten nach Nordwesten in drei Hauptfaziestypen unterteilt werden: die proximale Steinförder-Fazies, die Reitbrooker-Fazies mit den Kalkareniten und die distale Schreibkreide-Fazies. In der Vergangenheit wurden diese Kalkarenite der Reitbrooker-Fazies durch zahlreiche Bohrungen der Kohlenwasserstoffindustrie turchteuft und flächendeckend zwischen den Flüssen Aller/Weser und Elbe nachgewiesen. Obwohl sie lokal zur Versenkung von Lagerstättenwasser genutzt wurden, ist ihre Eignung für die geothermische Nutzung bislang unerforscht.

Um das geothermische Potenzial der Kalkarenite zu charakterisieren, erfolgt eine umfassende Analyse der vorhandenen Bohrloch- und Seismikdaten. Dabei werden moderne Verfahren des maschinellen Lernens angewendet. Das Hauptziel besteht darin, ein parametrisiertes 3D-Modell des potenziellen Reservoirs zu erstellen. Auf dieser Grundlage wird der Betrieb eines geothermischen Dublettensystems unter Berücksichtigung verschiedener thermischer, hydraulischer und mechanischer Aspekte numerisch simuliert, um das Reservoir ökonomisch zu evaluieren. Die Resultate dieser Untersuchungen werden als Grundlage für die Formulierung von Strategien zur Erschließung des geothermischen Potenzials der Maastricht-Formation herangezogen. Die gewonnenen Erkenntnisse und Empfehlungen sollen anschließend über die Plattform GeotIS einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden.

With advancements in tracer technology and analysis techniques, artificial tracers have become an usefull tool for exploring subsurface reservoirs and aquifers. The primary purpose of tracers is to determine underground flow paths, study interconnections, and obtain information about reservoir properties. The most commonly used class of tracers are fluorescent molecular tracers, such as xanthene dyes. However, since the usage of fluorescent tracers originates in groundwater science, their applicability in challenging geothermal environments still requires investigation. Therefore, we are studying the impact of geothermal environments (e.g., temperature, salinity, etc.) on the behavior of different fluorescent tracers (e.g., uranine), which are considered mainly conservative in hydrogeology, and comparing them with specialized geothermal tracers (e.g., 1,3,6-naphthalene trisulfonate). These experimental investigations will provide a basis of knowledge to understand tracer behavior in the reservoir and their interaction with the fluid and surrounding media. This knowledge can further help design successful tracer tests and make them more reliable by predicting tracer behavior under geothermal reservoir conditions.

The Republic of Kosovo is a state, in Southeast Europe in the central part of Balkan Peninsula. It is bordered
in Southwest with Albania, in Northwest with Montenegro, in North and Northeast with Serbia and Southeast with Macedonia. Kosovo covers a surface area of approx. 10,900 km² and is characterized by showing vertical changes of relief and morphology, is surrounded by several high mountain ranges. The northern part is by the Kopaonik, the western part of the Albanian Alps and the Mokra Gora; these areas are characterized by rocky material, high mountains and deep gorges, and south-western part of Kosovo, at the border to Macedonia, the Montanan Shari. Geothermal characteristics of Kosovo are very interesting. The Earth's crust varies in thickness, increasing to the east. This thickness is uniform, of highlighted anomalies about 30-40km.
The geothermal area of Dukagjini has the geological structure of the Inner Dinarides. In the east separates Drini-Ivanicki structure.
Rrafshi i Dukagjinit, pronounced is a large basin and the name of the region covering the south-western part of Kosovo.The region covers 35% (3,891 km2) of Kosovo's total area. Its principal river is the Drini i Bardhe, river. Extends north and south between Mokna Mountain to Shari Mountain. Western border closes of the hilly area of the Albanian Alps.
Surface water temperatures vary from 23ºC to maximum 48.5ºC with flow rates about 43.3 (l/s). The heat total installs capacity about 4.59 (MWth) and total energy of value of 108.6 (TJ/year).
Key words:geothermal energy, Republik of Kosovo

In the objective of greenhouse gas reduction, relative to heat production and to reduce fossil energy consumption, subsurface heat storage can be a durable solution to be integrated into the seasonal management of district heating and cooling grids. The PotAMMO project (project agency PtJ, project number 03G0913B) proposes to evaluate the potential of integrating an Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) in a holistic approach for both district heating networks in Mannheim and Offenbach localities in Germany. Integrating storage systems requires a geological subsurface model, e.g. a model of structural, and sedimentary architecture in 3D of the targeted aquifers. The lack of seismic and well data will be compensated using stratigraphic forward modelling on a larger scale from the Northern Upper Rhine Graben to the Wetterau Graben and the Hannau Basin to the Saar-Nahe Basin, with a complete overview of the geological history of the study areas. Temperature field modelling will be then implemented to evaluate the heat-storage potential and integrate it into the techno-economical potential assessment workflow. Subsurface models will be the basis for further thermo-hydraulic storage simulations in the aquifer, and it will be coupled with a district heating grid model, to obtain a dynamic overall system model. In addition, the life-cycle-based calculation of heat generation costs and environmental impact to help cost-benefit criteria decision making process, regarding ATES integration strategies, to significantly contribute to ATES development and decarbonization of heat supply in Germany and other countries.

To accompany efficient and sustainable solar thermal energy solutions, a thermal energy subsurface storage needs to be integrated due to its seasonal availability. Medium-deep geothermal storage systems can make a decisive contribution here and can be built in urban districts in a space-saving manner due to the higher depth of the borehole heat exchangers. A first demonstration storage system was built as part of the research project SKEWS (Seasonal Crystalline Geothermal Energy Storage, BMWK funding code 03EE4030A) at the Lichtwiese campus of the Technical University in Darmstadt. For such systems, the distance between the borehole heat exchangers is a key efficiency factor to ensure efficient storage operation and to minimize heat losses.

Three coaxial borehole heat exchangers with a center distance of 8.6 m reach a depth of 750 m. The general direction of the well path deviation is NW/NWW with an average bore path deviation between 2.3° – 5.0°. This results in. a deviation of about 20 m - 40 m to the vertical at the final depth.

In this study, the influence of different degrees of well path deviations on the efficiency of a fully developed borehole thermal energy storage with 37 boreholes and a depth of 750 m is investigated numerically.

This should enable the efficiency loss to be extrapolated after the first boreholes have been drilled and thus the economic framework conditions to be checked during the project and, possibly, other drilling methods or directional drilling technology to be put into relation.

Innovationen bezeichnet Problemlösungen, die sich in ihren Anwendungskontexten durchgesetzt haben. Neben der Nutzung in der Industrie, in der sie entwickelt wurden, können sie auch in andere Bereiche diffundieren. Neben der technischen Umsetzung spielt auch die soziale Komponente eine wichtige Rolle, um die Verbreitung innovativer Praktiken nachvollziehen zu können. Anhand von Öl- und Gas- sowie Geothermiebranche soll eben diese untersucht werden. Diese Branchen teilen gemeinsam, dass sie unterirdische Ressourcen erschließen. Sie sind damit in der Lage von den Praktiken der anderen Branche zu profitieren, um ihre eigenen Prozesse zu optimieren. Diese Praktiken beziehen sich nicht nur auf die (Teil-)Prozesse der Projektumsetzung, sondern auch auf das dafür erforderliche Wissen und die technische Anwendung.

In herkömmlichen Forschungsarbeiten werden Diffusionsprozesse innerhalb einzelner Sektoren oder zwischen akademischen und industriellen Kontexten untersucht. Die vorliegende Arbeit analysiert die Rahmenbedingungen der Diffusion zwischen Branchen mit vermeintlich unterschiedlichen Zielsetzungen, die jedoch von den gleichen Praktiken profitieren können. Hierbei werden die Beziehungen zwischen diesen Feldern unter Anwendung des Konzepts der "Strategic Action Fields" von Fligstein und McAdam (2012) untersucht. Dabei werden sowohl ihre Unterschiede als auch ihre Gemeinsamkeiten berücksichtigt. Besondere Beachtung wird den strategischen Vorgehensweisen und potenziellen Hindernissen im Diffusionsprozess geschenkt.

Durch die Integration von Daten aus Experteninterviews in den zugrundeliegenden theoretischen Rahmen werden Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen den Branchen herausgearbeitet. Es erfolgt eine Analyse des Diffusionsprozesses, wobei grundlegende Mechanismen, Herausforderungen und Chancen berücksichtigt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse können Impulse zur Verbesserung der Zusammenarbeit zwischen Branchen geben. Außerdem wird das theoretische Verständnis bezüglich der Rahmenbedingungen von Innovationsprozessen erweitert.

This study aims to enhance our understanding of fracture characteristics in potential geothermal reservoir rocks in the Aachen region by conducting a comprehensive comparative analysis of fracture orientation, distribution patterns, and topology characterization. Fracture characterization techniques, including the Visual Outcrop Mapping (VOM) approach and the linear scanline method, were employed to examine fracture properties across various outcrops within the Devonian Massenkalk and Lower Carboniferous Kohlenkalk carbonate formations. The results revealed compelling correlations between the orientations of primary regional faults and fracture measurements, suggesting the influence of residual stresses and stress release during previous unloading processes. The analysis of fracture distribution patterns demonstrated the presence of corridor-type fracture patterns in sections located near the regional faults, indicating a relationship between fracture patterns and the fault system. The proximity of the Kornelimünster carbonate outcrops to the Laurensberg and Feldbiss fault shows high fracture density and well-connected fracture networks. The study also investigated the relationship between fractures and faults, revealing the significance of fault boundaries in shaping fracture characteristics.

Permanently installed fiber optic cables allow for distributed sensing of subsurface infrastructures. Preliminary studies show that distributed temperature sensing (DTS) and distributed acoustic sensing (DAS) data may be utilized to assess well integrity. The completion of a geothermal well in Munich included the installation of a permanent fiber optic cable in the annulus behind the surface casing. The cable was attached through clamps to the outside of the casing while running in hole, reaching a depth of roughly 700 m. This allowed the acquisition of DTS- and DAS-data during cement placement, wait on cement (WOC), and further operations.

Within this study, the fiber optic data is analyzed to assess cementing operation, cement curing, and cement sheath integrity. The temperature data provides for each meter a continuous measure of the released heat during hydration, whereas the acoustic data allows for an understanding of the wave field along the entire measurement. This wavefield and its changes are examined in the time and frequency domains to identify features, which are correlated with technical operations and physical properties of the curing cement. The goal is to extract distinct features, which are conclusive through various other forms of assessment like logging. Going beyond, distributed temperature and acoustic data may prove a viable solution to monitor the evolution of any well’s integrity over its lifetime.

Cities have a significant impact on global energy consumption and carbon dioxide emissions (CO2), with buildings being the main electricity consumers. However, efforts to reduce the carbon footprint of cities can be challenged by unforeseen events like the Covid-19 pandemic and international conflicts. These events, while increasing energy prices, also provide an opportunity to promote renewable energy. To decarbonize urban energy systems (UES) and replace conventional fossil fuel-based heating, ground source heat pumps (GSHP) and aerothermal heat pumps (AHP), are compared. AHP are cheaper and easier to install but less efficient, potentially straining the electricity grid. Incorporating shallow geothermal energy (SGE) into UES can reduce electrical grid requirements to couple heating demand compared to using AHP.

This study develops a heat supply model using Geographic Information System (GIS) and open-source data to assess the SGE’s feasibility. The model analyzes different integration scenarios. Three datasets were used to model the urban energy systems in Oldenburg: infrastructure, energy potential and geothermal system locations. The study employed the FlexiGIS tool to set the city infrastructure and estimate electricity demand. The scenarios considered the power and energy demand of aerothermal and geothermal heat pumps, as well as a distributed system using geothermal potential.

The study concludes that GSHP using borehole heat exchangers (BHE) is the most suitable SGE for urban implementation due to their efficiency, space requirements, and reduced pressure on power distribution networks compared to AHT. Likewise, SGE systems can provide a cost-effective and environmentally friendly alternative for space heating and hot water.

In geothermischen geklüfteten Reservoiren ist mit nicht-laminaren Strömungen, insbesondere in Bohrlochnähe, zu rechnen. Die typischerweise im Reservoirengineering angewandten hydraulischen Modelle bedienen sich allerdings meistens Approximationen zur Quantifizierung des Strömungsverhalten in Gesteinsklüften, die häufig von laminaren Strömungsverhalten ausgehen. Gängige Vereinfachungen wie das Cubic Law werden hauptsächlich zur Optimierung der Rechenzeit angewandt, können die realen hydraulischen Prozesse jedoch oft nicht vollständig wiederspiegeln. Adäquatere Modelle hingegen benötigen teilweise vorherige individuelle Parametrisierungen der Klüfte oder führen zu einem hohen Simulationsaufwand.

Um die Gültigkeitsbereiche der Modelle zu validieren, wird die Durchflusshydraulik in Klüften im F⁴aT-Hydrauliklabor (Forced Fluid Fracture Flow and Transport Laboratory) experimentell untersucht. Das Labor besteht aus einem 3D-Scanner zur Digitalisierung der Rauigkeit von natürlichen Gesteinsoberflächen, einem 3D-Drucker zur vielfachen Reproduktion der rauen Kluftproben und dem Durchfluss-Versuchsstand in dem die Hydraulik, Fließdynamik und Transportprozesse untersucht werden. Ein zentrales Durchflussphänomen ist das sogenannte Channeling. Durch die komplexe Geometrie des durchflossenen Volumens ergeben sich präferierte Fließpfade, über die ein überproportionales Wasservolumen fließt. Insbesondere die Auswirkungen des Channelings auf die Transportprozesse stehen im Zentrum der Untersuchungen.

Die Vergleichbarkeit zwischen Experiment und numerischer Simulation wird durch kluftspezifische Simulationen erhöht. Neben den vereinfachten hydraulischen Berechnungen werden auch vollständige 3D-Navier-Stokes-Simulation der Klüfte berechnet, um die einzelnen Einflussparameter zu quantifizieren. Die Vergleiche von Simulation und Experiment helfen die Aussagekraft von Simulationen zu validieren und den Einfluss einzelner Phänomene auf die Anwendbarkeit einfacher Modelle zu ermitteln.

In times of climate change, energy and raw materials shortage, the need for the EU to domestically source critical raw materials (CRM) and clean energy has become a priority. Under this prospective, this ongoing project, in collaboration with the EU funded ´´CRM-Geothermal´´ project, aims at contributing to the development of a pilot plant in SW England for the co-production of Li and geothermal energy from a low-salinity crystalline reservoir, potentially providing new insights into this novel and environmental-friendly approach for the extraction of CRM. In the poster, the workplan of the project will be presented along with the hydrogeological and hydrochemical results of the fieldwork conduced in June/July 2023 at the test site in England – where the pilot plant will be developed - as well as the outcomes of the preliminary 3D thermal-hydraulic-chemical (THC) simulation based on the data collected both on the field and from previous studies in the same area. The fieldwork included hydrogeological testing, chemical-physical fluid monitoring, and sampling of fluids and scales from two different boreholes – operated by Cornish Lithium Ltd - penetrating the same crystalline reservoir and targeting two major structures known to be highly permeable to the Li-enriched fluids circulating within the formation. The data will be then used to characterize the geothermal system at the pilot site and to build the 3D model in which the TH(C) simulation will be run, with the aim of helping validating the long-term sustainability of the i.e. co-production system.

In the context of the heat transition in Germany, the decarbonization of the heating and cooling industry via renewable energy sources requires the usage of comprehensive strategies and novel engineering solutions. With regard to district heating in urban areas, middle-deep geothermal resources offer a great potential which has not been fully utilized yet due to the required minimum temperature on district heating networks. Within the ArtemIS project, we systematically analyze the impact of reservoir quality and operational parameters on the performance of a typical mesozoic sandstone reservoir in the North German Basin targeted by smart multi-well arrangements. For the first time, we compare in a comprehensive manner the analytical solution provided by Jobmann and Schulz (1989) and Schulz 1987 with our numerical results to quantify the influence of different controlling factors on the thermal breakthrough occurrence time, the maximum cooling rate and the final production temperature after 50 years of simulation time. Based on our numerical results, we set up a ranking scheme showing the influence of varying input parameters on the considered output parameters. Most influencing parameters were identified as I) the inter-well distance and II) pumping rate. Additionally, we present the advantages and disadvantages of a single geothermal doublet compared to geothermal doublet array systems based on their performance. Simulation results show a delay of the thermal breakthrough of up to 20 % when considering a geothermal doublet array but also an up to 30 % higher cooling rate after it happens, compared to a single doublet layout.

In der Metropolregion München soll bis 2040 der gesamte Wärmebedarf klimaneutral gedeckt werden. Ein Großteil dieser Wärme soll aus der tiefen Geothermie kommen. Schon heute werden hier zahlreiche Geothermieanlagen erfolgreich betrieben. Bei Thermalwasserförderraten von >100 l/s und Fördertemperaturen über 100 °C kommt es im bayerischen Molassebecken allerdings vermehrt zur Bildung von mineralischen Ausfällungen, welche den Betrieb und schließlich die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigen. Die Ausfällungen bestehen größtenteils aus Carbonaten, weswegen der umweltfreundliche Kalkinhibitor NC47.1B zur Vorbeugung eingesetzt wird. Wirksamkeit und Effizienz des Kalkinhibitors wurden im Forschungsprojekt EvA-M nachgewiesen. Als Voraussetzung für einen dauerhaften Einsatz wird im Nachfolgeprojekt EvA-M 2.0 nun die Umweltverträglichkeit nachgewiesen. Diese setzt sich aus der nicht-toxischen Inhibitorchemie, sowie der biologischen und thermischen Abbaubarkeit zusammen. Die thermische Abbaubarkeit soll eine potenzielle Bioakkumulation in der Injektionsbohrung und dem Reservoir verhindern.
Langzeitlaborversuche in hermetischen Glasampullen und Kurzzeitversuche in Headspace-Vials mit inhibitorversetztem Thermalwasser, die beide ein anaerobes geschlossenes System darstellen, wurden durchgeführt. Die Differenzierung zwischen thermischem und mikrobiellem Abbau erfolgte durch die parallele Präparation von Niedrig- (15 - 25 °C) und Hochtemperaturversuchsreihen (115 °C) sowie dem Einsatz eines Biozids und Sterilfiltration. Die Versuchszeiträume variierten von 16 h bis zu 6 Monaten. Durch die Auswertung mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie konnte der thermische Abbau innerhalb von Stunden zu einem Zwischenprodukt festgestellt werden, welches nach 3 Wochen vollständig thermisch abgebaut war. Durch den nachgewiesenen thermischen Abbau kann nun eine langfristige Nutzungslizenz der Kraftwerksbetreiber beantragt werden.

Im Rahmen des Projektes „CRM-geothermal“ wird auf europäischer Ebene untersucht, inwiefern eine Co-Nutzung tiefengeothermischer Anlagen für Wärme- und Rohstoffproduktion möglich ist. Neben einem Screening zu Gehalten an kritischen Elementen in unterschiedlichen geothermischen Fluiden soll herausgefunden werden, woher die Elementanreicherung kommt und wie nachhaltig eine langfristige Extraktion der jeweiligen kritischen Elemente ist. Als eine von fünf geologischen Modellregionen wird dabei der Fokus auf das Norddeutsche Becken gelegt – also überwiegend salinare Fluide in einem Sedimentbecken. In dieser Arbeit soll eine erste Abschätzung der Gehalte ausgewählter kritischer Elemente in bestimmten Formationen des Norddeutschen Beckens gemacht werden. Dazu wurden verschiedene Gesteine untersucht, die von Cuttings aus der tiefengeothermischen Forschungsanlage Groß Schönebeck (GrSk04/05; Endteufe ca. 4400 m) Brandenburg) stammen. Hier wurden 25 unterschiedliche geologische Formationen beprobt und hinsichtlich ihres Gehaltes and Lithium, Strontium und Kupfer analysiert. Um festzustellen, an welche Mineralphasen die kritischen Rohstoffe gebunden sind und wie sie gelöst werden, kommen verschiedene Methoden zum Einsatz: Nach einem Gesamtaufschluss mit anschließender Gesamtelementanalyse werden ausgewählte Proben zunächst mineralogisch (Röntgendiffraktometrie, Mikrosonde) analysiert. Durch eine sequentielle Extraktion kann dann herausgefunden werden, an welche Mineralphasen die zu untersuchenden Elemente gebunden sind.

Bei vielen Prozessen der Energieerzeugung geht ein großer Teil der Energie als Abwärme verloren. Die effiziente Rückgewinnung dieser Energie hat ein großes Potenzial, um die aktuellen Energiekrisen maßgeblich zu beeinflussen.

Auf dem derzeitigen europäischen Markt gilt die Geothermie als einer der am schnellsten wachsenden Sektoren der erneuerbaren Energien. Die tiefengeothermischen Reservoire in Deutschland werden im Allgemeinen in Reservoire mit mittlerer Enthalpie (100°C-200°) eingeteilt, in denen binäre Kraftwerke, „Organic Rankine Cycle (ORC)“ Kraftwerke ihre Bedeutung erlangen.

Die Arbeit soll aufzeigen welche unterschiedlichen Kopplungen mit zukunftsweisenden Technologien zur Abwärmenutzung möglich sind und keine Auswirkungen auf den bestehenden ORC-Prozess haben. Da die Restwärme aus dem Rücklauf der Thermalwasserquelle gezogen wird.

Zwei Möglichkeiten die Abwärme als Energiequelle zu nutzen ist der thermoelektrische Generator (TEG) und der thermomagnetische Generator (TMG). Ein weitere Möglichkeit Energie zu erzeugen ist die Nutzung des Saline Gradient Energy (SGE) als Energiequelle. Dies kann mit Pressure Retarded Osmosis (PRO) und Reverse Electrodialysis (RED) erfolgen. TEG und PRO sind aus meiner Sicht für die geothermische ORC-Bedingungen besser geeignet. TEG wandelt die Abwärme direkt in Strom um und ist stärker von der Temperaturdifferenz abhängig. Dieses Verfahren ist bereits eine kommerziell etablierte Technologie mit geringerer Komplexität und dadurch einfacher anwendbar. PRO ist weniger abhängig von der Temperaturdifferenz. Der höhere Salzgehalt der geothermischen Sole kann in diesem Verfahren eine höhere Energie auskoppeln.

Das Pro Verfahren erweitert den Anwendungsbereich der Stromerzeugung mit der Auskopplung der Fernwärme. Die Kopplung kann den Gesamtwirkungsgrad der Anlage maßgeblich verändern. Dadurch kann eine vollständige Nutzung der Gesamtwärme und SGE erreicht werden.

Mit dem Pariser Klimaabkommen verpflichteten sich 195 Staaten zur Reduktion von Treibhausgasemissionen. Der städtische Raum verzeichnet eine hohe Wärmebedarfsdichte, gleichzeitig ist das Flächenangebot zur Erzeugung von regenerativen Energien begrenzt. Die Nutzung von oberflächennaher Geothermie mittels Erdwärmesonden (EWS) und Wärmepumpe stellt eine Möglichkeit der emissionsarmen Wärmeversorgung mit geringem Platzbedarf dar. Um beim flächendeckenden Einsatz von EWS eine langfristig hohe Effizienz der Wärmepumpe garantieren zu können und gleichzeitig die Investitionskosten möglichst gering zu halten, bietet sich die Regeneration der Untergrundtemperatur mit Hilfe von zusätzlichen Wärmequellen an. In der Literatur kommen vor allem Solarthermie und Raumkühlung zum Einsatz. In dieser Arbeit wird die Kombination verschiedener Wärmequellen anhand des geplanten Wohnquartiers „Ludwigshöhviertel“ (LHV) in Darmstadt untersucht. Im LHV soll ein irreguläres EWS-Feld zur Wärmeversorgung von 140 Wohneinheiten mithilfe von PVT-Kollektoren, passiver Fußbodenkühlung und Abwärme aus dem lokalen Supermarkt regeneriert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird zunächst ein detailliertes Simulationsmodell des Gebäudeenergiesystems und des Untergrunds im Simulationsprogramm TRNSYS erstellt. Anschließend werden die Energieströme im Quartier analysiert und mit Fokus auf die verschiedenen Regenerationsquellen qualitativ nach CO₂-Emissionen optimiert. Mit dem Ziel, Handlungsempfehlungen für den Planungsprozess auszuarbeiten, werden sowohl der Betrieb, als auch die Auslegung der verschiedenen Wärmequellen kritisch beleuchtet. Vorläufige Ergebnisse bestätigen, dass die Regeneration vielfältige Vorteile mit sich bringt, wie die Steigerung des thermischen Komforts und der elektrischen Effizienz der PVT-Anlagen, weshalb sich weitere Untersuchungen insbesondere zur Interaktion zwischen den verschiedenen Wärmequellen als sinnvoll darstellen.