Effecten hogere temperatuur open bodemenergiesystemen op grondwaterkwaliteit. Huidige kennis, regelgevend kader en handelingsperspectief

Dit rapport geeft een overzicht van de huidige stand van kennis over de thermische, chemische en microbiologische effecten van MT‑ en HT‑OBES, het relevante juridische kader en de handvatten voor preventie, monitoring en mitigatie. De inzichten zijn gebaseerd op gepubliceerde studies en aangevuld met de meest recente resultaten uit het KEEN‑onderzoek bij twee locaties waar verhoogde opslagtemperaturen in de praktijk worden toegepast. Deze geactualiseerde en geïntegreerde kennisbasis bepaalt de huidige stand van inzicht en helpt nadere kennisvragen te identificeren.

1) Bepaling van temperatuureffecten op grondwaterkwaliteit bij OBES
Op basis van de huidige inzichten zijn er bij het (zeer beperkte) aantal gemonitorde MT- en HT-OBES meerdere factoren die de bepaling van directe temperatuureffecten op de grondwaterkwaliteit bemoeilijken. Hierdoor is het lastig vast te stellen in hoeverre MT- en HT-OBES een groter effect hebben dan conventionele OBES (<25 °C). Allereerst heeft het boren en ontwikkelen van de putten effect op de chemische samenstelling en de microbiële populatie rondom de putten, maar deze effecten verdwijnen relatief snel wanneer het systeem in gebruik genomen wordt (voorbeeld: Middenmeer). Ten tweede kan lekkage langs de put tussen verschillende watervoerende pakketten de waterkwaliteit beïnvloeden. Zelfs wanneer dit soort lekkage snel is verholpen, blijven de effecten langdurig meetbaar (voorbeeld: Middenmeer). Ten derde zijn er veranderingen die optreden door de menging van grondwater met initieel verschillende kwaliteit, als gevolg door de verpomping met een OBES, of door opwarming en opdrijving in bovenliggende zandlagen rondom de hete/lauwe bronnen. Afhankelijk van waar er gemonitord wordt binnen het systeem kan het een aantal jaar duren voordat de effecten van menging van initiële verschillen stabiel worden (voorbeeld: Koppert Cress). Zelfs op de lange termijn kan menging voor verschuiving blijven zorgen, zoals door het steeds meer aantrekken van dieper, zouter grondwater van onderaf (voorbeeld: NIOO). Het meest geschikt voor het eenduidig bepalen van de effecten van hogere temperatuur op de grondwaterkwaliteit bij MT- en HT-OBES zijn dus systemen met relatief hoge infiltratietemperaturen waarvan de initiële veranderingen door menging gestabiliseerd zijn. De monitoring bij een OBES waarvan de initiële mengeffecten al gestabiliseerd zijn en vervolgens de infiltratietemperatuur relatief sterk verhoogd wordt, zou zeer geschikt zijn om de effecten van die temperatuurverhoging te bepalen. Daarnaast is de langjarige monitoring bij HT-OBES daarvoor geschikt. 2) Grondwaterkwaliteitseffecten bij MT- en HT-OBES Op basis van theoretische studies, lab experimenten en ervaring bij geothermie is bekend dat hoge temperaturen verstopping van de put kan optreden door kalkneerslag. Verder komt uit dergelijk onderzoek de verwachting dat concentraties van silicium, ijzer, methaan, kalium en arseen in de loop van de tijd kunnen toenemen. Andere parameters zoals sulfaat, calcium en sporenelementen als nikkel (tweewaardige sporenelementen die juist sterker adsorberen bij hogere temperaturen) zullen eerder afnemen. Hoewel bij het HT‑OBES in Middenmeer enkele van deze effecten in beperkte mate worden waargenomen, blijkt ook hier en bij de andere bemeten MT‑ en HT‑OBES locaties met opslagtemperaturen boven 25 °C dat menging vooralsnog dominant is. De effecten door menging overheersen daarmee de directe temperatuureffecten, zoals ook bekend is voor conventionele LT‑OBES (<25 °C; Dinkla et al., 2012). Hoewel er in de conventionele LT-OBES praktijk aandacht is voor het voorkomen van menging van grondwater over redox en zoet-zout overgangen (protocol SIKB BRL 11001), leidt ook de menging van grondwater met verschillen in andere parameters binnen een OBES tot veranderingen in grondwaterkwaliteit. Ook dient te worden benadrukt dat de waargenomen effecten mogelijk sterk locatieafhankelijk zijn, door verschillen in de chemische samenstelling van de ondergrond. Nader onderzoek onder uiteenlopende bodem- en grondwatercondities is daarom nodig om vast te stellen in hoeverre deze conclusie ook van toepassing is op andere locaties. Bij het systeem in Middenmeer is menging, als gevolg van opdrijving door opwarming rondom de hete en mogelijk ook de lauwe bron, ook waargenomen in het dikke, bovenliggende zandpakket. Dergelijke effecten zijn sterker bij hogere brontemperaturen. Naast mengeffecten zijn er ook indicaties voor temperatuur-gedreven, (deels microbiële) geochemische reacties. De gemeten grondwaterkwaliteit laat in geen enkel geval hoge concentraties aan schadelijke elementen of ongewenste microben zien. Wel dient voor toekomstige systemen rekening te worden gehouden met potentiële verzilting van zoetwater als gevolg van menging, zowel binnen het opslagpakket als in bovenliggende zandlagen. 3) Ruimte voor verdere ontwikkeling van MT‑ en HT‑OBES Op basis van dit onderzoek geven de verkregen inzichten geen aanleiding voor belemmering of restricties voor het toestaan van MT- en HT-OBES pilots wat betreft het optreden van temperatuurseffecten. Aanvullend rekening houdend met mengeffecten, geldt dit te meer in gebieden waar het eventuele optreden van ongewenste beïnvloeding van andere functies verwaarloosbaar is, bijvoorbeeld door voldoende afstand te houden tot andere functies, te kiezen voor brakke of zoute grondwaterlagen en de casing te isoleren. 4) Belang van voortgezette monitoring en kennisontwikkeling Op basis van de tot nu toe verkregen inzichten is het van belang om langjarige monitoring bij relatief hoge temperaturen te realiseren. Dit is nodig om de kennisbasis over met name de locatieafhankelijkheid, cumulatieve langetermijneffecten en de reversibiliteit van hogere infiltratietemperaturen bij MT‑ en HT‑OBES op de grondwaterkwaliteit te verbeteren. In dit onderzoek is beschreven dat dit een uitgebreidere monitoring vergt dan standaard wordt toegepast bij LT‑OBES. Om de invloed van mengeffecten in de interpretatie beter mee te kunnen nemen, kan het aanvullend hierop overwogen worden om frequenter te meten (bijv. 4x/jaar) zodat er op elke locatie metingen zijn aan het begin van het laad/ontlaadt seizoen met hogere temperaturen en aan het einde met lagere temperaturen. Daarnaast dient het aantal meetlocaties te worden uitgebreid naar nieuwe systemen (mits de verwachting is dat daar minder mengeffecten zullen optreden vanwege geologische setting) of systemen die al langdurig in bedrijf zijn (en de menging is gestabiliseerd). De uitkomsten van dergelijk vervolgonderzoek worden, indien mogelijk, gebruikt om het huidige kennisdocument te updaten. Deze kennisbasis kan als input dienen voor een mogelijk toekomstig regelgevend kader, bij voorkeur gestandaardiseerd voor alle provincies in Nederland.