Granit als Riesen-Akku brauchen
Im Sommer produzieren Solaranlagen oft mehr Strom, als gerade gebraucht wird. Im Winter hingegen steigt der Energiebedarf stark an. Wie lässt sich die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage schliessen? Im BedrettoLab der ETH Zürich testen Forschende eine Technologie, die auf den ersten Blick überraschend simpel wirkt: Sie speichern Wärme im Innern eines Berges.
Die Energiewende bringt eine grundlegende Herausforderung mit sich: Mit dem Ausbau von Solar- und Windenergie wird immer mehr Strom dann produziert, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht. Der Verbrauch folgt jedoch anderen Mustern. Besonders im Winter steigt der Energiebedarf stark an, während die Solarstromproduktion sinkt. Es braucht deshalb Möglichkeiten, Energie über längere Zeiträume zu speichern.
Genau hier setzt das Projekt BEACH im von der Werner Siemens-Stiftung mitfinanzierten «BedrettoLab» in einem ehemaligen Belüftungsstollen des Furka-Tunnels tief im Gotthardmassiv im Kanton Tessin an. BEACH steht für «Bedretto Energy Storage and Circulation of Geothermal Energy». Das von der ETH Zürich geleitete und vom Bundesamt für Energie finanzierte Pilot- und Demonstrationsprojekt untersucht, ob Wärme über Monate hinweg in kristallinem Gestein gespeichert und später wieder genutzt werden kann.
Ein Energiespeicher tief im Berg
Die Idee dahinter ist einfach: Überschüssige Energie wird genutzt, um Wasser zu erwärmen. Dieses warme Wasser wird in den Untergrund gepumpt und dort gespeichert. Monate später kann die Wärme zurückgewonnen werden. «Solche Systeme existieren bereits», sagt BEACH-Projektleiter Valentin Gischig von der ETH Zürich. «Allerdings werden sie heute fast ausschliesslich in porösen Sedimentgesteinen eingesetzt, etwa in Kies- oder Sandsteinschichten.» Dort kann sich Wasser in den Poren des Gesteins verteilen und speichern.
Längst nicht überall in der Schweiz herrschen jedoch solche geologischen Voraussetzungen. Vor allem im Alpenraum dominieren stattdessen undurchlässige Gesteine wie Granit, Gneis und Kalk. «Darin gibt es keine Poren und durchlässige Gesteinsschichten, in denen man warmes Wasser speichern könnte», sagt Gischig. «Aber sie haben Risse, in denen Wasser zirkuliert.»
Die feinen Bruchstrukturen, so die Idee, könnten als unterirdisches Leitungssystem dienen, in dem Wärme gespeichert und transportiert wird. Das BEACH-Projekt gehört zu den ersten Forschungsprogrammen weltweit, die saisonale Wärmespeicherung in kristallinem Fels unter realen Bedingungen untersuchen. «Vergleichbare Projekte existieren bislang nur vereinzelt, in Tromsø in Norwegen oder den USA», sagt Gischig.
Ein Berg voller Sensoren
Die ersten Experimente im BedrettoLab starteten im Sommer 2025. «Wir fingen an mit einem Bohrloch und pressten ungefähr 200 Kubikmeter kaltes Wasser hinein», erzählt Gischig. «Ein paar Wochen später pumpten wir es durch dasselbe Loch wieder heraus.» Dass dabei nicht die gesamte Wassermenge zurückgewonnen werden konnte, überraschte das Forschungsteam nicht. Viel wichtiger war es, die Bewegungen des Wassers im Untergrund zu verstehen.
Um herauszufinden, was tief im Fels geschieht, setzen die Forschenden auf eine dichte Überwachung. Rund um das Versuchsfeld messen Sensoren laufend Temperaturveränderungen, kleinste Gesteinsverformungen und seismische Signale. Dadurch lässt sich nachvollziehen, wie sich Wasser und Wärme im Untergrund ausbreiten.
Zusätzlich mischten die Forschenden dem Wasser winzige Mengen Krypton bei. Als Edelgas geht es nahezu keine chemischen Verbindungen ein und eignet sich deshalb hervorragend als Tracer. «Wir wollten beispielsweise keine Reaktionen mit der Mikrobenwelt im Tiefengestein auslösen», sagt Gischig. Mithilfe hochpräziser Messgeräte lässt sich anhand der Tracer verfolgen, welchen Weg das Wasser im Gestein nimmt und wie lange es für bestimmte Strecken benötigt.
Ein ganzer Ring von Bohrlöchern
Die nächsten Forschungsschritte folgten im vergangenen Herbst und Winter: Die Forschenden injizierten nun Wasser, das auf eine Temperatur von etwa 80 Grad Celsius erhitzt worden war. Zwei Wochen lang wurde Wasser in den Untergrund gepumpt, anschliessend wartete das Team eine Woche, bevor die Rückförderung begann. Die Experimente würden momentan ausgewertet, sagt Gischig. Die zentrale Frage lautet: Wie viel der eingebrachten Wärme bleibt im Gestein gespeichert – und wie effizient lässt sie sich wieder zurückholen?
Ab 2027 soll das Projekt in eine neue Phase eintreten. Dann kommen sogenannte Cross-Hole-Experimente zum Einsatz. Dabei schaffen die Forschenden eine hydraulische Verbindung zwischen mindestens zwei Bohrungen. Durch das erste Bohrloch gelangt warmes Wasser in den Untergrund. Später wird über ein zweites Bohrloch Wasser eingebracht, welches das erwärmte Wasser gezielt in Richtung des ersten Bohrlochs presst.
«So könnte man es mit einem höheren Druck wieder an die Oberfläche bringen und die Rückgewinnungsrate deutlich erhöhen», hofft Gischig. Langfristig denken die Forschenden sogar an Systeme mit mehreren Bohrlöchern. Erfahrungen aus ähnlichen Versuchen in Tromsø deuten laut dem Forscher darauf hin, dass sich die Wärme mit ringförmig angeordneten Bohrungen besser und lokalisierter im Untergrund halten lässt.
Sicherheit hat oberste Priorität
Ob eine Technologie funktioniert, ist nur eine Seite der Medaille. Ebenso wichtig ist die Frage, ob sie wirtschaftlich betrieben werden kann. Deshalb gehören zum BEACH-Projekt umfangreiche Computersimulationen und technoökonomische Analysen. Forschende der Fachhochschule SUPSI in Lugano etwa untersuchen mögliche Geschäftsmodelle und konkrete Anwendungsfälle – zum Beispiel für die Kehrichtverbrennungsanlage in Giubiasco. Dort fällt ganzjährig Wärme an, die heute teilweise ungenutzt bleibt. Künftig könnte überschüssige Energie im Sommer im Untergrund gespeichert und in der kalten Jahreszeit wieder genutzt werden.
Wenn Wasser unter Druck in Fels gepresst wird, stellt sich unweigerlich die Frage, ob dies Erdbeben auslösen könnte. Im BedrettoLab wird diesem Aspekt deshalb besondere Beachtung geschenkt. «Wir überwachen ganz genau und rund um die Uhr die seismische Aktivität», sagt Valentin Gischig. «Im Falle von ungewöhnlichen Ausschlägen würde der Tunnel geschlossen – und die Pumpen könnten sogar von Zürich aus gesteuert werden.» Die Forschenden achten darauf, unter jenen Druckbereichen zu bleiben, die grössere seismische Ereignisse auslösen könnten. Bislang, sagt Gischig, seien keine problematischen Erschütterungen beobachtet worden.
Ein enormes Potenzial
Noch ist offen, ob sich die Technologie im grossen Massstab durchsetzen wird. Falls die Experimente positiv verlaufen, hat die Technik aber enormes Potenzial, bestehen doch rund 60 Prozent der Schweizer Oberfläche aus kristallinem Gestein. Gelingt es, diese geologische Ressource als saisonalen Wärmespeicher nutzbar zu machen, könnte praktisch die gesamte Schweiz von der Technologie profitieren.
«Um Wasser warm zu halten, muss man nicht einmal besonders tief bohren», erklärt Gischig. Ungefähr 300 Meter würden reichen – eine Tiefe, die Bohrfirmen teils bereits für Wärmepumpen erreichen. Sollte BEACH erfolgreich sein, könnte also aus dem BedrettoLab ein wichtiger Pfeiler für die Energieversorgung der Zukunft keimen: überschüssige Sommerenergie speichern, Winterlücken schliessen und erneuerbare Energien besser nutzbar machen. Der Untergrund würde dann nicht nur Energie liefern – sondern sie auch aufbewahren.
Text: Simon Koechlin
