Aufgabenstellung
Im Zuge der Entwicklung eines adiabatischen Druckluftspeicherkraftwerks (engl. AA-CAES Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage) wird die Möglichkeit der Nutzung von Laserenergie im Tiefbau, insbesondere beim Aushub von flexibel geformten und luftdichten Kavernen, untersucht. Hierbei soll untersucht werden, wie verschiedene Gesteine auf Laserbestrahlung reagieren und wie Laserenergie im Tunnelbau eingesetzt werden kann. Dazu werden Bestrahlungsversuche unternommen und Konzepte entwickelt, wie Laser entweder alleine oder in Kombination mit mechanischen Abtragsmethoden im Tunnelbau eingesetzt werden können.

Vorgehensweise
Die spezifischen Energien von verschiedenen Gesteinssorten unter verschiedenen Bedingungen werden untersucht. Aus den Ergebnissen werden Konzepte entwickelt, wie mittels Anwendung von Lasertechnik bereits bekannte Methoden des Berg- und Tunnelbaus verbessert bzw. komplett neue Methoden ermöglicht werden können.

Ergebnisse
Es wurden Konzepte entwickelt, die die thermische Expansion des laserbestrahlten Gesteins ausnutzen oder die Ortsbrust vorbearbeiten, um die mechanischen Bohrelemente bei hartem Gestein zu schonen. Die thermische Expansion nutzt den Energieeintrag eines CW-Lasers in die Gesteinsortsbrust aus, der zu einer Wärmeausbreitungszone innerhalb des Gesteins führt. Die dabei entstehende thermische Expansion des Gesteins zusammen mit dem umgebenden Gesteinsdruck führt zu einer tiefgehenden Rissbildung in der Ortsbrust und einem verschleißfreien Ausbruch des Gesteins (Abb. 1). Eine Alternative ist die Verwendung eines konventionellen mechanischen Bohrkopfes, der die oberflächliche Zerstörung des Gesteins durch einen Laser ausnutzt, um einen verschleißärmeren Ausbruch durch Schwächung der Oberfläche zu ermöglichen (Abb. 2).