Project

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Monitoring and scientific equipment for the Bedretto Deep Underground Laboratory for Geoenergies

Applicant Hertrich Marian
Number 189632
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Institut für Geophysik ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Other disciplines of Earth Sciences
Start/End 01.12.2019 - 30.11.2020
Approved amount 1'000'000.00
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All Disciplines (5)

Discipline
Other disciplines of Earth Sciences
Geophysics
Other disciplines of Engineering Sciences
Geochemistry
Geology

Keywords (5)

reservoir Engineering; Geothermal Energy; Deep Underground Laboratory; Induced Seismicity; Hydraulic Stimulation

Lay Summary (German)

Lead
Die Schweizer Energiestrategie 2050 sieht vor, den Anteil der erneuerbaren Energien deutlich zu erhöhen. Die Geothermie, die die im tiefen Untergrund gespeicherte Wärme nutzt, ist eine solche Quelle. Im "Bedretto Underground Laboratory for Geoenergies" untersucht die ETH Zürich in enger Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern Techniken und Verfahren für eine sichere, effiziente und nachhaltige Nutzung der Erdwärme. Zu diesem Zweck wurde eine einzigartige Forschungsinfrastruktur geschaffen. Er liegt 1,5 km unter der Erdoberfläche in der Mitte eines 5,2 km langen Tunnels, der das Tessin mit dem Furkatunnel verbindet.
Lay summary
Die Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien ist einer der Eckpfeiler der Schweizer Energiestrategie 2050. Geothermie ist neben anderen erneuerbaren Energien eine vielversprechende Ressource für die Strom- und Wärmeerzeugung. Es nutzt die enorme Wärme, die tief im Boden eingefangen wird. Dazu wird unter hohem Druck kaltes Wasser in das Gestein eingespritzt, wo es sich erwärmt, bevor es an die Oberfläche zurückgepumpt wird. In der Schweiz steigt die Temperatur für jeden Kilometer unter der Erdoberfläche um etwa 30 C° in Richtung Erdmittelpunkt. Um von dieser Ressource für die Stromerzeugung zu profitieren, müssen Gesteinsstrukturen mit Temperaturen von mindestens 180 bis 200 C° in 4 bis 5 Kilometern Tiefe erschlossen werden.

Im "Bedretto Underground Laboratory for Geoenergies" werden Techniken und Verfahren zur sicheren, effizienten und nachhaltigen Nutzung der Erdwärme untersucht.  Dazu ist ein ausreichend durchlässiger und langfristig zugänglicher Speicher erforderlich. Der Bedretto-Tunnel bietet ideale Bedingungen für solche Experimente. Das prämierte Projekt wird die Entwicklung eines umfangreichen Überwachungsnetzes ermöglichen, um neue Verfahren zur Gewinnung der Erdwärme aus solchen Speichern zu entwickeln. Die Forscher werden verschiedene Experimente durchführen, die sich auf die beteiligten geothermischen Prozesse konzentrieren. Sie werden mehrere Bohrlöcher bohren, so dass sie eine Vielzahl von Sensoren platzieren können, um selbst kleinste Änderungen von Stress, Druck und Flüssigkeitsbewegungen zu verfolgen. 

Dies ist ein wichtiger Fortschritt, um frühere Konzepte in einer Umgebung zu beweisen, die die Bedingungen im tiefen Untergrund so nah wie möglich widerspiegelt. Die Abdeckung von 1.000 bis 1.500 Metern über dem Tunnel simuliert gut die Druckverhältnisse in relevanten Tiefen für einen Geothermie-Speicher.
Direct link to Lay Summary Last update: 09.12.2019

Lay Summary (English)

Lead
The Swiss Energy Strategy 2050 envisages considerably increasing the share of renewable energies. Geothermal energy, using the heat captured in the deep underground, is one such source. In the “Bedretto Underground Laboratory for Geoenergies”, ETH Zürich studies in close collaboration with national and international partners, techniques and procedures for a safe, efficient, and sustainable use of geothermal heat. To this aim, a unique research infrastructure has been established. It is located 1.5 km below surface in the middle of a 5.2 km long tunnel connecting the Ticino with the Furka tunnel.
Lay summary

Increasing the share of renewable energies is one of the cornerstones of the Swiss Energy Strategy 2050. Geothermal energy is among other renewables a promising resource for electricity and heat production. It makes use of the enormous heat captured deep underground. For this purpose, cold water is injected at high pressure into the rock, where it heats up before it is pumped back to the surface. In Switzerland, the temperature rises by approximately 30 C° for every kilometer below the surface towards the center of the Earth. To benefit from this resource for electricity production, rock structures at temperatures of at least 180 to 200 C° at depths of 4 to 5 kilometers have to be accessed.

At the “Bedretto Underground Laboratory for Geoenergies” techniques and procedures for a safe, efficient, and sustainable use of geothermal heat are studied.  To this end, a sufficiently permeable reservoir is necessary which is accessible on a long-term basis. The Bedretto tunnel offers ideal conditions to perform such experiments. The awarded project will allow the development of an extensive monitoring network to develop new procedures to extract the geothermal heat from such reservoirs. Researchers will conduct different experiments focusing on the geothermal processes involved. They will drill several boreholes, allowing them to place a variety of sensors to track even the smallest changes in stress, pressure, and fluid movements. 

This is an important advancement to prove previous concepts in a setting reflecting as close as possible the conditions in the deep underground. The coverage of 1,000 to 1,500 meters above the tunnel simulates well the pressure conditions at relevant depths for a geothermal reservoir.
Direct link to Lay Summary Last update: 09.12.2019

Responsible applicant and co-applicants

Project partner

Publications

Publication
Permeability enhancement from a hydraulic stimulation imaged with Ground Penetrating Radar
Shakas Alexis, Maurer Hansruedi, Giertzuch Peter-Lasse, Hertrich Marian, Giardini Domenico, Serbeto Francisco, Meier Peter (2020), Permeability enhancement from a hydraulic stimulation imaged with Ground Penetrating Radar, in Geophysical Research Letters, 47(17), 2020-088783.

Datasets

Borehole Logging Data from Characterization Boreholes in Bedretto Underground Lab for Geoenergies

Author Shakas, Alexis
Publication date 18.12.2019
Persistent Identifier (PID) https://doi.org/10.3929/ethz-b-000443521
Repository ETH Research Collection


Post-processed GPR data for CB boreholes

Author Shakas, Alexis
Publication date 18.09.2020
Persistent Identifier (PID) https://doi.org/10.3929/ethz-b-000441162
Repository ETH Research collection


Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Géo-Energie Suisse Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
UNIL Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
GFZ Potsdam Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure

Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Talks/events/exhibitions AGU Presentation International 2019
Talks/events/exhibitions Bedretto lab inauguration Western Switzerland Italian-speaking Switzerland German-speaking Switzerland Rhaeto-Romanic Switzerland 2019
Other activities Bedretto lab website Western Switzerland International Rhaeto-Romanic Switzerland German-speaking Switzerland Italian-speaking Switzerland 2019

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
182150 In situ stress variations near faults considering fault zone rock rheology - implications for reservoir stimulation and associated seismicity 01.02.2019 Project funding (Div. I-III)
181986 Enabling ambient noise imaging to monitor reservoir development 01.08.2019 Project funding (Div. I-III)
197366 Characterizing and understanding Enhanced Geothermal Systems (EGS) - novel tools and applications in a deep underground laboratory 01.04.2021 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The Bedretto Deep Underground Lab is a new ETH research facility that will provide infrastructure and scientific equipment for numerous experiments in the next years.
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