Wie viel Wasser befindet sich in einem stillgelegten Bergwerk? Welche Qualität hat es, und welches Potenzial bietet es für die Wärmeversorgung? Das Forschungsprojekt DIETER untersucht, wie sich solche Fragen mithilfe von Sensorik, künstlicher Intelligenz und digitalen Modellen besser beantworten lassen.
Die Hochschule Rhein-Waal gibt in einem Projektbericht Einblicke in die technische Umsetzung am Neuhoffnungsstollen in Bad Ems. Das frühere Erzbergwerk wurde nach dem Zweiten Weltkrieg durch ausgefallene Pumpen geflutet. Heute bietet es dem Forschungsteam Zugang zu einer unterirdischen Umgebung mit einem fast 900 Meter tiefen Schacht.
Das IoT-Lab der Hochschule hat dort eine Infrastruktur zur Messdatenerfassung und Kommunikation eingerichtet. Für die drahtlose Übertragung kommt LoRaWAN zum Einsatz. Die Sensoren senden ihre Daten an einen zentralen Knotenpunkt am Schacht 3. Ein weiterer Datenknoten befindet sich am Eingang des Stollens.
Die Messungen erfassen unter anderem Wasserstand, Wassertemperatur und elektrische Leitfähigkeit. Hinzu kommen Lufttemperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und CO₂. Dabei muss die Technik anspruchsvollen Bedingungen standhalten: Rund 90 Prozent Luftfeuchtigkeit erschweren die Auswahl geeigneter Sensoren. Eisenhydroxid im Wasser führt zu Ablagerungen, die eine regelmäßige Reinigung der Sonden erforderlich machen. Auch die Funkübertragung verhält sich unter Tage anders als im Freien.
Aus den Messwerten soll im Projekt ein besseres Verständnis der gefluteten Bergbaustrukturen entstehen. Dafür verbindet DIETER die Datenerfassung mit KI und einem physikalisch-numerischen Modell, dem digitalen Zwilling. Die Messdaten dienen dazu, dieses Modell an die tatsächlichen Verhältnisse anzupassen und seine Ergebnisse zu überprüfen. So sollen Beobachtungen aus dem Bergwerk und die rechnerische Beschreibung seiner Prozesse zusammengeführt werden.
Diese Verbindung ermöglicht einen weiteren Schritt: Auf Grundlage des Modells sollen unterschiedliche Szenarien untersucht werden. Im Mittelpunkt stehen sowohl mögliche Nutzungen des Grubenwassers als auch die damit verbundenen Risiken. Das Projekt betrachtet außerdem, welche Aussagen digitales Monitoring unter Tage zuverlässig ermöglichen kann und wo seine Grenzen liegen. Damit gehört die Bewertung der eingesetzten Methoden ebenso zur Forschung wie die Entwicklung der Technik selbst.
Damit die Informationen praktisch nutzbar werden, entwickelt die EXWE GmbH ein Datendashboard. Es soll Kommunen einen verständlichen Zugang zu relevanten Informationen eröffnen und die Überwachung sowie Bewertung des Grubenwassers unterstützen. Das Ziel ist ein kostengünstiges Werkzeug, mit dem sich die gewonnenen Erkenntnisse auch außerhalb des unmittelbaren Forschungsteams nutzen lassen. Relevante Informationen sollen darin in Echtzeit abrufbar sein.
Ob sich ein Standort beispielsweise für die Wärmegewinnung oder eine Nutzung zur Trinkwasserversorgung eignet, muss anhand seiner jeweiligen Eigenschaften beurteilt werden. DIETER soll hierfür eine bessere Datengrundlage schaffen. Die Forschung richtet sich damit auf konkrete Fragen zur Nachnutzung ehemaliger Bergwerke. Zugleich wird untersucht, inwiefern die Ergebnisse auch für andere Aufgaben des Wasser- und Umweltmonitorings hilfreich sein können.
Im Projekt arbeiten die Ruhr-Universität Bochum, die Universität Stuttgart, die Hochschule Rhein-Waal und EXWE zusammen. Die Koordination liegt bei der Ruhr-Universität Bochum. Die geplante Laufzeit reicht von Januar 2024 bis Dezember 2026.
Quelle und weiterführender Bericht: Hochschule Rhein-Waal: Ein stillgelegtes Bergwerk wird digitalisiert
Ergänzende Projektinformationen: Offizieller DIETER-Projektsteckbrief und Ruhr-Universität Bochum: Grubenwasser besser überwachen und nutzen