Heiße Quelle legt die Spur zur Erkundung unterirdischer Energiequellen durch geophysikalische Modellierungssoftware
Von Lisa Sarazin*
Zwischen zwei Dörfern an der nordöstlichen Spitze von Botsuana befindet sich die heiße Quelle von Kasane, ein Reservoir, das von den Einheimischen wegen seines sprudelnden Wassers geschätzt wird. Der Thermalquelle werden heilende Eigenschaften nachgesagt, wenn von ihr getrunken wird. Die Regierung von Botsuana erklärt jedoch offiziell, dass das mineralische Wasser nicht trinkbar sei. Die Thermalquelle ist auch eine wachsende Attraktion für Besucher des nahe gelegenen Chobe-Nationalparks, der eine vielfältige Tierwelt beherbergt, darunter Löwen, Geparden, Flusspferde und die größte Elefantenpopulation in ganz Afrika. Abgesehen vom kulturellen Wert der Quelle für die Einheimischen und als Sehenswürdigkeit für Touristen hat die heiße Quelle von Kasane vielleicht noch eine weitere verborgene Kraft. Calistus Ramotoroko, Forscher für Geophysik an der >Botswana International University of Science and Technology in Palapye (Botsuana), erkannte ihr Potenzial als geothermische Energiequelle. „Wir wollen herausfinden, ob es möglich ist, Botsuana durch die Nutzung geothermischer Energie zu unterstützen, insbesondere in ländlichen Ortschaften, die weit von der Stadt entfernt sind. Wir versuchen, andere Möglichkeiten als die Kohleverstromung zu finden“, so Ramotoroko.
Auf der Suche nach Energie
Für ein Land, das zunehmend unter Druck gerät, seine Energieunabhängigkeit zu steigern, wären neue Energiequellen willkommen, insbesondere in relativ isolierten Gebieten wie Kasane und Kazungula, den Dörfern, die am nächsten an den Quellen liegen. Die Energieversorgung des Landes erfolgt durch ein einziges Versorgungsunternehmen, die Botswana Power Corporation, deren Netz sich nach Angaben der International Trade Administration noch nicht auf viele Dörfer des Landes erstreckt.
Schon jetzt übersteigt der Strombedarf Botsuanas die derzeit verfügbaren Ressourcen. Das Land ist auf Erdölprodukte angewiesen, die aus anderen Ländern des südlichen Afrikas importiert werden, von denen viele selbst von Energieknappheit betroffen sind. Botsuana stützt sich auch auf seine eigenen Kohlekapazitäten: Rund 212 Mrd. Tonnen Kohle werden in den beiden Kohlekraftwerken des Landes bei Palapye verarbeitet.
Im August 2022 bezifferte die International Trade Administration den Spitzenstrombedarf Botsuanas auf rund 610 Megawatt (MW). Eines der botsuanischen Palapye-Kraftwerke, Morupule B, hat zwar eine technische Kapazität von 600 MW, aber es kam häufig zu Ausfällen und Stillständen. Im Juli 2021 war es nur zu 29 % in Betrieb. Das kürzlich wieder in Betrieb genommene Kraftwerk Morupule A steuert nur rund 132 MW Leistung bei.
Angesichts dieser Herausforderungen hat die Regierung Botsuanas im Jahr 2020 einen Plan zur Verbesserung der Energieversorgung verabschiedet, der unter anderem vorsieht, den Anteil der erneuerbaren Energien bis 2030 auf 15 % zu erhöhen. Das Land hat bereits Fortschritte bei der Förderung der Solarenergie gemacht, und zwar durch das neue Rooftop Solar Program, das Anwohner bei der Installation von Solarzellen auf ihren eigenen Grundstücken unterstützt. Geothermische Energie hingegen ist in Botsuana bisher eine unerschlossene Option.
„Obwohl Botsuana unbestreitbar über ein gutes geothermisches Potenzial verfügt, ist dieses Potenzial bisher völlig ungenutzt geblieben“, so Ramotoroko.
Erkenntnisse über die Thermalquelle
Als einzige bestätigte heiße Quelle in Botsuana war die heiße Quelle von Kasane der Ort, an dem Ramotoroko mit der Erkundung des geothermischen Energiepotenzials beginnen wollte. Als er seine Forschungen begann, war vieles über die Natur der Thermalquelle unter der Erde unbekannt. Was hat das Wasser dazu gebracht, sich zu erhitzen und an die Erdoberfläche zu sprudeln? Ramotoroko begann, diese Frage zu beantworten, indem er mit Einheimischen aus Kasane und Kazungula sprach, die die Quelle seit vielen Jahren beobachtet hatten.
„Die heißen Quellen, an denen man die Luftblasen und den Dampf aus dem Untergrund sieht, befinden sich etwa 140 Meter vom Chobe-Fluss entfernt. Wir glauben also, dass kaltes Wasser irgendwie durch die Verwerfung im Fluss nach unten gelangt, sich in größeren Tiefen erwärmt und dann 140 Meter vom Fluss entfernt wieder an die Oberfläche kommt“, sagte er. „Dorfbewohner erzählten mir, sie hätten früher Blasen im Fluss gesehen. Die Quellen haben also einen Radius von vielleicht 200 bis 300 Metern.“
Um die Tiefe und die unterirdische Beschaffenheit der Quellen zu ermitteln, verwendeten Ramotoroko und seine Kollegen eine elektromagnetische Methode, die sogenannte magnetokalorische Technik, bei der die Temperatur von Materialien durch Magnetfeldänderungen beeinflusst wird. Außerdem führte das Team eine Spektralanalyse durch, um die Curie-Tiefe der Quellen zu bestimmen, d.h. die Tiefe, in der das Gestein magnetisiert wird. Ramotoroko entdeckte dabei, dass die Quellen eine Tiefe und einen Wärmefluss aufweisen, die für die geothermische Energiegewinnung günstig sind.
Ziel: komplettes 3D-Modell der Quellen entwickeln
Um diese Funde zu kartieren, griff Ramotoroko auf eine geowissenschaftliche Bildgebungssoftware zurück, die er bereits bei der Untersuchung von Mineralien- und Diamantenvorkommen für den Bergbau eingesetzt hatte. Die Software ermöglichte es ihm und seinen Kollegen, Karten der Bodenoberfläche und des Untergrunds zusammen mit interaktiven geophysikalischen Rastern auf einer einzigen Plattform zu integrieren. Sein Ziel ist es nun, ein komplettes 3D-Modell der Quellen zu entwickeln, sowohl ober- als auch unterirdisch, das für die Planung von Bohrungen verwendet werden kann. Er hofft, dass er Zuschüsse zur Finanzierung einer Probebohrung erhält, mit der das geothermische Potenzial der Quellen weiter erkundet werden soll.
Ramotoroko sagte, dass die Energie, die von den heißen Quellen von Kasane ausgeht, wahrscheinlich gering sein wird, da sie sich über einer stabilen Platte und nicht in einem vulkanischen Gebiet befinden. Er hofft jedoch, dass das Projekt eine wertvolle zusätzliche Energiequelle für Kasane und Kazungula bieten könnte – und dass es auch als Ausgangspunkt für die Erkundung weiterer geothermischer Möglichkeiten in Botsuana und anderen afrikanischen Ländern dienen könnte, die nach erneuerbaren Energieoptionen suchen. Er ist schon jetzt gespannt auf einen weiteren Standort in Botsuana, wo es Hinweise auf die Existenz einer weiteren heißen Quelle gibt.
„Kürzlich sprach ich mit jemandem aus einem der Dörfer im Nordwesten Botsuanas, wo sich das Okavango-Delta befindet.“ Der Mann meinte, er habe dort eine heiße Quelle gesehen. Vielleicht muss ich mir das nach meiner Untersuchung in Kasane ansehen, sagte er.
Im Fokus: Calistus Ramotoroko
Der Geophysiker leistet Pionierarbeit beim Erforschen des geothermischen Potenzials in Botsuana.
Calistus Ramotoroko wuchs mit großem Interesse daran auf, wie die Welt um ihn herum funktioniert, und zeigte sich äußerst fasziniert von den Mechanismen des Bodens unter seinen Füßen. Sein Weg zum professionellen Geophysiker verlief jedoch nicht ganz geradlinig: Ramotoroko absolvierte ein Studium der Biomedizintechnik in Australien, bevor er 2007 die University of Botswana besuchte, wo er sich wieder seiner Leidenschaft zuwandte. „Ich beschloss, die biomedizinische Technik zu vergessen und Physik zu studieren, um mich auf die Erforschung von Erde, Mineralien und Wasser zu konzentrieren“, sagte er.
Nach seinem Master-Abschluss in Geophysik war Ramotoroko bei privaten Unternehmen in Gaborone, der Hauptstadt und größten Stadt Botsuanas, tätig. Er arbeitete unter anderem für Wellfield Consulting und Poseidon Geophysics, ein Unternehmen, das Explorationsdienste für Diamanten, Gold und andere Metalle anbietet. Nach einigen Jahren zog es ihn jedoch zurück in die akademische Forschung, wo er viele verschiedene Bereiche und Konzepte der Geophysik erforschen konnte.
Als Doktorand und Dozent an der Botswana International University of Science and Technology konzentriert er sich heute in seiner Forschung auf ein für sein Land bisher unerforschtes Gebiet: die geothermische Energie. Mit der Unterstützung anderer Dozenten der Botswana International University of Science and Technology, darunter der leitende Professor Elisha Shemang, untersucht Ramotoroko das Potenzial der heißen Quellen von Kasane für die Stromversorgung der Haushalte in den umliegenden Dörfern.
Bei der Erkundung dieser unerschlossenen Ressource leistet der Geophysiker auch Pionierarbeit für neue digitale Techniken zur Bewertung des geothermischen Potenzials. Mit einer Software, die zuvor von Bergbauberatern in Botsuana zur Kartierung potenzieller Mineralien- und Diamantenvorkommen verwendet wurde, haben Ramotoroko und sein Team geologische Modelle mit konzeptionellen Ansichten von Tiefen von 200 Kilometern in der Erde sowie integrierte Karten der Bodenoberfläche und des Untergrunds erstellt. Dank dieser Technologie können sich die Experten vor Beginn der Bohrungen ein genaueres Bild vom geothermischen Potenzial einer Quelle machen.
Für Ramotoroko ist dieses hochmoderne Projekt eine Gelegenheit, sich an der zunehmenden Förderung erneuerbarer Energien in seinem Land zu beteiligen, was die Energieversorgung und die Wirtschaft des Landes stärken könnte.
„Ich bin mit Leidenschaft dabei, vor allem weil dies ein Entwicklungsland ist. Es ist interessant, in Botsuana zu arbeiten und Teil der Entwicklung des Landes zu sein“, sagte er. „Als einer der ersten in Botsuana die geothermische Energie aus diesem Gebiet zu nutzen, ist sehr spannend. Niemand hat es bisher mit der Methode getan, die ich verwende.“
Er glaubt auch, dass es in Botsuana in Zukunft viele Möglichkeiten geben wird, in der Geophysik zu arbeiten, sowohl für ihn selbst als auch für junge Studierende, die in diesem Bereich Fuß fassen wollen. Während der Abbau von Mineralien im südlichen Afrika traditionell als Einstiegspunkt für Experten der Geophysik diente, glaubt Ramotoroko, dass sich sein Land und seine Nachbarländer im Zuge der Diversifizierung ihrer Energieressourcen noch stärker auf Innovationen im Bereich der erneuerbaren Energien konzentrieren werden – und dass sie dafür Geophysiker wie ihn brauchen, die einen Blick in die Zukunft bieten können.
* Über die Autorin
Lisa Sarazin, die im November 2021 kurz nach der Übernahme durch >Bentley Systems zu >Seequent kam, leitet nun das Produkt- und Lösungsmarketingteam, das für Geodaten, Geologie, Geophysik und geotechnische Anwendungen verantwortlich ist. Zu ihren früheren Positionen gehören die Leitung von Produktions-, Wettbewerbs- und Entwicklungsteams in der Luft- und Raumfahrt-/Verteidigungs- und Telekommunikationsindustrie. (Bild: Bentley Systems)
