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Was versteht man unter Geothermie

Die Strom- und Wärmeerzeugung aus der Wärme des Erdinneren ist eine kontinuierliche regenerative Energieform. Geothermie – oder Erdwärme – entstand hauptsächlich bei der Erdentstehung und durch Zerfall radioaktiver Gesteine. Zusätzlich kommt die Sonnenenergie hinzu. Die Wärme wird aus der Erdkruste genutzt, die je nach Standort (Ozean, Kontinent) 40 bis 60 km tief ist. Hierhin steigt die Wärme aus dem Erdinneren, die mehrere Tausend Grad beträgt, mittels Wärmeleitung (Konduktion, Wärme fließt vom wärmeren in den kälteren Körper) oder Konvektion (bspw. Gase, die Wärme transportieren), sodass die Temperatur um 20 bis 40°C pro Kilometer in die Tiefe ansteigt.

Oberflächennahe Geothermie

Die Temperatur der oberflächennahen Erdkruste entspricht in etwa der Jahresdurchschnittstemperatur. Durch Bohrungen wird das Gebiet erschlossen und Wärmepumpen entziehen die Wärme um im Sommer zu kühlen oder im Winter Heizkosten einzusparen. Diese Form der Erdwärme kann nicht nur unter Privatgrundstücken angewandt werden, sondern nutzt auch die bereits vorhandenen Bohrungen von Tunneln oder Bergbaubetrieben. Erschöpfte Bergwerke besitzen die nötige Infrastruktur um hydrothermales Wasser zu nutzen.

Tiefe Geothermie

Die andere, aufwendigere Form der Erdwärmenutzung ist die tiefe Geothermie. Dominiert wird die weltweite Geothermie von sogenannten Hochenthalpie-Lagerstätten, die an Vulkanen vorkommen. Hier sind Wasser und Dampf mehrere hundert Grad heiß und relativ nah zur Oberfläche. Dieses Fluid wird entweder ins Wärmenetz eingespeist zur Stromerzeugung durch Turbinen genutzt. Da dieses Verfahren abhängig vom Vulkan ist, fördern entsprechend wenige Länder diese Geothermie, hauptsächlich die USA, Japan und Indonesien.

Niederenthalpie-Lagerstätten kommen in nichtvulkanischen Gebieten vor. Wie bereits erwähnt steigt die Temperatur pro Kilometer je nach Standort um etwa 30°C an, sodass eine tiefe Bohrung hohe Wärme verspricht. Mindestens 100°C sind für eine rentable Strom- und Wärmeerzeugung notwendig, also mindestens 3-4 km tiefe Bohrungen. Zum einen kann hydrothermales Wasser mit geeigneter Temperatur gefördert und die Wärme nutzbar gemacht werden. Das Wasser wird nach der Nutzung wieder der Erde zugeführt.

Kann das Wasser nicht gefördert werden wird durch tiefe Erdwärmesonden ein Medium in die Erdkruste transportiert und dort aufgeheizt. Anschließend kommt das heiße Medium wieder an die Tagesoberfläche und kann genutzt werden. In der Regel wird eine Bohrung von etwa 2000 bis 3000 m vorgenommen, die aus einem geschlossenen System aus koaxialen Rohren besteht. Dieses System hat zwar vergleichsweise wenig Leistung, jedoch kann es an jedem geeigneten (mit entsprechender Wärme) Standort und kontinuierlich genutzt werden.

Nutzung der Geothermie

Die Wärme der Erde wird entweder direkt genutzt oder in einem Kraftwerk in Strom umgewandelt. Strom wird hauptsächlich durch Hochenthalpie-Lagerstätten erzeugt. Alternativ können in einer Kraft-Wärme-Kopplung beide Verfahren angewandt werden.

Oberflächennahe Geothermie wird hauptsächlich direkt durch Wärme oder Kälte genutzt und leistet so etwa 35.000 MW im Jahr. 2005 wurde durch die gesamte Geothermie 72.000 GWh Energie produziert. Spitzenreiter ist China, Schweden und die USA.

Auch die Stromherstellung durch Geothermie weist sehr hohe Werte auf. Niederenthalpie-Lagerstätten haben niedrigere Wirkungsgrade als Hochenthalpie-Lagerstätten. Weltweit wurden 2010 5600 TWh Strom hergestellt, hauptsächlich in den USA, Indonesien und Island.

Die Geothermie muss den Vergleich mit Biomasse oder der Wasserkraft bei der Stromproduktion wegen seiner ebenso gesicherten Grundlastfähigkeit nicht fürchten. Allerdings gilt: Was tief unten in der Erde durch verschiedene Prozesse zur Zeit der Erderstehung vor rund 4,6 Milliarden Jahren an Wärme aufgebaut wurde, muss von technischer Seite her gesehen zunächst mittels Wärmeleitung, der Fachmann spricht hier von Konduktion, alternativ auch durch Konvektion (Mitführen durch eine Strömung) in erreichbare Höhen transportiert werden.

Komplexe Fördertechnik ist erforderlich

Den meisten Menschen dürfte das „Büro für Technikfolgenabschätzung“, direkt dem Deutschen Bundestag unterstellt, unbekannt sein. Die dort tätigen Fachleute sprechen bei der Gewinnung geothermischer Wärme nur im Zusammenhang mit dem möglichen lokalen Abbau: “Geothermische Energie kann also nur in einem weiteren Sinne zu den regenerativen Energien gerechnet werden“, ist in einem Sachstandsbericht nachzulesen. Größtes Problem sei vor allem die Wirtschaftlichkeit beim Betrieb einer entsprechenden Förder- und Produktionsanlage. Dem gegenüber stehe aber das enorme Potential dieser Energie, „die nach menschlichem Ermessen“, so die Experten, „als unerschöpflich gelten müsse.“

Begeisterungsfähige Zahlen und Fakten

Bei Günther Jauch wäre es vielleicht eine Eine-Million-Euro-Frage: „Wie lange könnte man theoretisch mit der gespeicherten Wärme in den oberen drei Kilometern der Erdkruste die gesamte Welt mit Energie versorgen?“ Die Antwort ist sechsstellig und rekordverdächtig: Rund 100.000 Jahre! Könnte man bereits heute die gesamte technisch mögliche Geothermie-Förderung (TWh/a) nutzen, würde das Potential ausreichen, alleine rund die Hälfte des gegenwärtigen deutschen Energiebedarfs zu decken. Diese Form der 50-prozentigen Förderung würde alleine für einen nachhaltigen Nutzungszeitraum von 1.000 Jahren ausreichen. Nach Punkten dürfte damit die Geothermie wie ein sicherer Sieger aussehen.

Zukunft der Geothermie

Die Geothermienutzung zog in den letzten Jahren enorm an. Theoretisch könnte der gesamte Energiebedarf durch Erdwärme genutzt werden, weshalb auch in Zukunft ein höherer Anteil erwartet werden kann. Da Bohrungen und Kraftwerke jedoch teuer sind, schränkt dies die möglichen Betreiber ein. Als regenerative Energieform besitzt Erdwärme wohl das größte Potenzial, da sie kontinuierlich gefördert werden kann. Bis zum Jahr 2020 soll der Anteil der Stromerzeugung durch Geothermie nach Angaben des BEE auf jährlich 3.750 GWh ansteigen.

Autor: Martin Brosy