Mit Geodaten auf der Suche nach geeigneten Standorten für Hybridkraftwerke: Das Forschungsprojekt „Bio2Geo“ befasste sich mit der Kopplung von Biogasanlagen und Geothermie. Lest im Interview mehr über einen spannenden Ansatz zur Energiewende – und das Bio2Geo-Transfertool.

Während drei Jahren – von Herbst 2018 bis Herbst 2021 – lief in Deutschland das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Forschungsprojekt „Bio2Geo“. Der Projektname war Programm: die Kopplung von Bioenergie und Geothermie.

Das Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH (IAB) koordinierte das Projekt. Neben weiteren Partnern aus Forschung und Privatwirtschaft war auch die IPM Ingenieurbüro Peter Müller GmbH (IPM) beteiligt. Das IPM-Team entwickelte das Bio2Geo-Transfertool. Diese Anwendung für ArcGIS prüft, ob sich Untergrund und geographische Faktoren wie zum Beispiel Siedlungsstruktur und Wärme-/Gas- oder Stromnetze am Standort einer Biogasanlage zur Speicherung von überschüssiger Wärme in einem Geothermiefeld eignen. Im Interview erklärt Hubertus Kraus, Initiator des Bio2Geo-Transfertools, die Details.


Hubertus Kraus, was war das Ziel des Forschungsprojekts?

Bei „Bio2Geo“ ging es um die Entwicklung eines innovativen, ökologischen Hybridkraftwerks für die Kopplung von Bioenergie mit Geothermie zur Versorgung unterschiedlicher Abnehmerstrukturen – inklusive Praxistest bzw. Nachweis der Leistungsfähigkeit an einem realen Standort. Ausgewählt wurde ein landwirtschaftlicher Betrieb mit einer Biogasanlage in Mörsdorf, einer ländlichen Gemeinde in Thüringen unweit des Hermsdorfer Autobahnkreuzes von A9 und A14. Die CO2-neutralen Energieträger Wind und Sonne werden vermehrt genutzt und immer stärker in die Energieversorgung integriert. Allerdings sind sie sehr unbeständig. Deshalb braucht es eine Kompensation durch flexible Kraftwerke.

Schema von einer Biogasanlage aus dem Projekt Bio2Geo
Bio2Geo: schematische Darstellung des Hybridkraftwerks (Copyright: IPM GmbH)

Welche Rolle spielt „Bio2Geo“ für Klimaschutz-Aktivitäten und die Bereitstellung erneuerbarer Energien?

Eine Biogasanlage kann durch Kraft-Wärme-Kopplung mit einem geothermischen Speicher – als Alternative zu Gas- und Pumpspeicher-Kraftwerken – die Energielücke im Netz kompensieren. Denn in einem solchen Speicher lagert die überschüssige thermische Energie aus Wärmequellen wie zum Beispiel Biogasanlagen. Diese Energie kann dann während des ganzen Jahres für die Abnehmer bereitgestellt werden.

Mögliche Abnehmer sind:

  • landwirtschaftliche Betriebe bzw. Aquakulturen auf dem Gelände der Biogasanlage
  • durch ein Nahwärmenetz verbundene private und gewerbliche Verbraucher

Einen spürbaren ökologischen und ökonomischen Einfluss auf die Energieversorgung hat die Lösung nur dann, wenn sie an möglichst vielen Orten weltweit installiert wird. Allein in Deutschland gibt es mehr als 8.600 Biogasanlagen, die auf ihre Eignung hin überprüft und zu sogenannten „Transferstandorten“ werden können.

„In Deutschland könnten über 8.600 Biogasanlagen zu Bio2Geo-Hybridkraftwerken werden – wenn Untergrund und Infrastruktur sich dafür eignen.“

Hubertus Kraus, IPM

Für diese Eignungsprüfung entwickelte IPM das Bio2Geo-Transfertool, mit welchem auch nicht optimale Standorte betrachtet werden können – zum Beispiel Kommunen ohne Nahwärmenetz oder ohne Wärme- bzw. Kältebedarf.

Gab es wichtige oder sogar überraschende Erkenntnisse?

Ja, absolut. Wir wissen jetzt, dass sich mehr Biogasanlagen-Standorte als erwartet für Hybridkraftwerke eignen. Allerdings sind sie ungleichmäßig über Deutschland verteilt. Zudem ist die Verfügbarkeit der nötigen Geobasis- und Geofachdaten sehr unterschiedlich – auch wenn seit der Einführung des Geodatenzugangsgesetztes 2009 schon einige Jahre vergangen sind.

Welche Rolle spielten Geodaten und GIS?

Geodaten und GIS sind der Kern des Bio2Geo-Transfertools. Dieses ermittelt automatisiert mögliche, besonders für Bio2Geo-Hybridkraftwerke geeignete Standorte für geothermische Flachspeicher. Basis dafür sind geografische, geologische und hydrologische Kriterien sowie vorab definierte, passende Schwellenwerte.

Prozessschema von Bio2Geo für die Standortanalyse von Biogasanlegen im ModelBuilder
Automatische Prüfung des Standortes: Prozess ArcGIS Pro ModelBuilder (Copyright: IPM GmbH)

ArcGIS Pro analysiert und visualisiert die Daten selbstständig entsprechend dem definierten Ablauf im ModelBuilder mit der Erweiterung Spatial Analyst und einem integrierten Python-Skript, das die Toolbox ergänzt. Das Bio2Geo-Transfertool überprüft zuerst die Qualität der Eingangsdaten, danach validiert es die Eignungskriterien. Ist der vorab ausgewählte Standort nicht geeignet, sucht das Tool selber nach möglichen valablen Alternativen.


Beispiel

Bio2Geo: Schlüsselparameter der Standortanalyse

Das Bio2Geo-Transfertool prüft, ob sich der Untergrund am Standort einer Biogasanlage als Wärmespeicher eignet. Die automatisierte Analyse arbeitet mit standardisierten, zuvor definierten Fragen:

  • Welche Art von Festgestein befindet sich im Untergrund?
  • Welche Leitfähigkeit hat dieses Gestein?
  • Liegt die grundwasserführende Schicht (engl. Aquifer) mindestens 50 Meter unter der Oberfläche?
  • Wie weit entfernt sind Schutzzonen, geologische Störungszonen, Gewässer und Trinkwasserbrunnen?
  • Welche Energieabnehmer sind in der Nähe?
  • In welche Richtung entwässert die grundwasserführende Schicht?
Ablaufschema der Standortanalyse von Biogasanlagen
Standortanalyse: Ablaufschema ArcGIS Pro ModelBuilder (Copyright: IPM GmbH)

Welche Hürden gab es während des Projektes?

Voraussetzungen für die Entwicklung und den Betrieb des Bio2Geo-Transfertools waren die Definition des Leistungsprofils und der erforderlichen Fachdaten, die Recherche nach Datenquellen, deren Überprüfung auf Eignung und bei Bedarf eine Homogenisierung heterogener Daten aus unterschiedlichen Quellen. Die größte Hürde war die Datenverfügbarkeit. Es gibt Regionen und auch ganze Bundeländer, die geeignete Daten nicht zur Verfügung stellen.

Beispiele für mangelhafte Datenverfügbarkeit:

  • Geodatenportale (noch) nicht vorhanden
  • nur Bereitstellung von WMS-Services und PDF-Dateien
  • grundsätzlich keine Datenabgabe an Unternehmen
  • nur manueller Einzelabruf von Einzelwerten im Datenportal möglich
  • hohe Kosten für die Datenbereitstellung im Forschungsvorhaben
  • noch keine Daten erhoben

Daher wurden im Projekt Prozesse entwickelt, um fehlende Daten aus anderen Datenbeständen abzuleiten und heterogene Datenbestände zu homogenisieren. Datenrecherche und Pre-Processing wurde ein wesentlicher Bestandteil außerhalb des eigentlichen Softwaretools.

Standortvisualisierung aus dem Projekt Bio2Geo in ArcGIS Pro
Resultat: Visualisierung eines Standortes in ArcGIS Pro (Copyright: IPM GmbH)

Wie geht es weiter?

IPM bringt das Bio2Geo-Transfertool jetzt auf den Markt. Die Klimaveränderung und die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zeigen: Es ist wichtig, dass alle Alternativen betrachtet und – wenn sinnvoll – auch genutzt werden müssen. Bio2Geo-Hybridkraftwerke können etwas dazu beitragen. Das Bio2Geo-Transfertool findet geeignete Standorte weltweit. Nur das Datenangebot begrenzt seinen Einsatz. Aufgrund der aktuellen energiewirtschaftlichen Situation gehen wir davon aus, dass die Datenbereitstellung zukünftig smarter, d. h. einfach, vollwertig und diskriminierungsfrei erfolgt.

Logo des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie
Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Vielen Dank für das Interview. Wir sind gespannt, wie sich das Bio2Geo-Forschungsprojekt auf die Zukunft der Energiegewinnung auswirkt.

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Zur Person: Hubertus Kraus

Profilbild von Hubertus Kraus

Hubertus Kraus ist Geograph und Wirtschaftswissenschaftler. Er war langjähriger Geschäftsführer beim Esri-Partner IPM Ingenieurbüro Peter Müller GmbH und Initiator des Bio2Geo-Transfertools. Zudem ist er Gründungsmitglied des GDI Sachsen e.V. (Unterstützung der Entwicklung einer Geodateninfrastruktur in Sachsen). Aktuell ist Hubertus Kraus Unternehmensberater und Geschäftsführer eines IT-Unternehmens in der Abfall- und Postlogistik.


Das Interview führte Cello Rüegg.

Profilbild Cello Rüegg

Über das Esri-Universum kam ich in Kontakt mit GIS – und ich war sofort fasziniert von der Geomatik. Zudem liebe ich Storytelling. Als Redakteur schreibe ich deshalb gerne über technische Innovationen und zukunftsgerichtete Technologien sowie über Menschen und ihre Geschichte(n). Dabei helfen mir meine Aus- und Weiterbildungen, unter anderem ein MAS Marketing Services and Management der Hochschule Luzern.