Geothermie

Grundlagen der Geothermie

Die Erde ist nur am äußersten Rand ihrer Oberfläche erkaltet, im Erdkern aber herrschen Temperaturen von 5000-6000 °C. Im Erdmantel, der 68 % der Gesamtmasse der Erde ausmacht, sind es dann immer noch 1200 °C. Ca. 99 % der Materie auf unserem Planeten ist heißer als 1000 °C und von den restlichen 1 % sind immer noch ca. 90 % heißer als 100 °C. Unsere Erde ist somit ein gigantischer Wärmespeicher, der auf absehbare Zeit auch nicht erschöpft sein wird. Es wird geschätzt, dass allein die Wärmvorkommen in den leicht zugänglichen oberen Erdschichten von bis zu 3 km ausreichen würden, um den Energiebedarf für die nächsten 100.000 Jahre zu decken.

Die Erdwärmenergie, die unsere Erde in seinem Innern speichert, ist eine erneuerbare Energie, denn durch ihre Nutzung werden keine natürlichen Ressourcen verbraucht und kein CO2 ausgestoßen. Das enorme Energiereservoir, das uns unser Planet schenkt, hat dabei zwei unterschiedliche Ursprünge. Geschätzte 30-50 % der Erdwärme stammt noch aus der Zeit der Erdentstehung vor 4,7 Milliarden Jahren, in der die Erde nur aus heißem, flüssigem Gestein bestand. Der andere Teil der Erdwärme entsteht bereits seit vielen Millionen Jahren als Folge von natürlichen radioaktiven Zerfallsprozessen. Die Erde produziert also einen Teil ihrer Wärme immer wieder neu und ist damit riesiges natürliches Kraftwerk.

Die Erdwärme aus dem Innern unseres Planeten kann entweder direkt oder, entsprechend hohe Temperaturen vorausgesetzt, auch für die Stromerzeugung genutzt werden. Die Wärme aus den oberflächennahen Gesteinsschichten (oberflächennahe Geothermie) eignet sich dabei besonders gut für die direkte Nutzung als Wärmepumpenheizung in privaten Haushalten. In Deutschland gibt es bereits über 100.000 Haushalte, die Wärmepumpen im Betrieb haben und damit einen großen Teil ihrer Heizkosten einsparen können. Der Zugriff auf die Erdwärme durch Wärmepumpen erfolgt über Erdwärmekollektoren, die in 1 bis 1,5 Meter Tiefe verlegt werden oder über Erdwärmesonden, die bis zu 400 Metern in den Erdboden eingeführt werden. Abgegriffen wird die Erdwärme dabei über eine Trägerflüssigkeit, die über ein Rohrsystem in das warme Erdreich geleitet wird, sich dort erwärmt, an der Oberfläche ihre Wärmeenergie an einen Wärmetauscher abgibt und anschließend wieder ins Erdreich zurückgepumpt wird. Auf diese Weise entsteht ein Wärmekreislauf, der umso effektiver ist, je heißer die Gesteinsschichten am Grund der Bohrung sind.

Animation Geothermie/ Erdwärme

Hydrothermale Systeme

Das Prinzip des Wärmekreislaufes wird auch bei industriellen Geothermieanlagen angewendet, nur dass hier alles einige Nummern größer ausfällt. Bei den sogenannten „Hydrothermalen Systemen“ werden Thermalwasservorkommen und natürliche Grundwasserleiter für den Wasserkreislauf genutzt. Steht solch ein natürlicher Kreislauf nicht zur Verfügung, kommt stattdessen das HDR-Verfahren (Hot Dry Rock) zum Einsatz. Hierbei wird, da das natürliche Thermalwasser fehlt, künstliches Wasser von oben in die heißen Gesteinsschichten gepumpt. Durch eine zweite Bohrung wird das heiße Wasser dann wieder nach oben befördert.

Soll die Erdwärme als regenerative Energie für die Stromerzeugung genutzt werden, sind hohe Temperaturen, die am besten weit über 100 °C betragen, erforderlich. Geothermie-Kraftwerke sind daher besonders in Regionen mit Vulkanaktivitäten sehr effektiv, wie es z.B. in Island der Fall ist. Dort gibt es sehr viele aktive Vulkane, die für heiße Gesteinsschichten sorgen. Das Land kann daher über 20 % seines Bedarfs an elektrischer Energie aus der Nutzung der Geothermie decken. Vor allem die dem Erdreich entnommene Wärme kann genutzt werden, so dass über 90 % der isländischen Haushalte ihre benötige Wäre für Heizung und Wasser aus der Nutzung der Geothermie beziehen. Aber auch in Deutschland kommt der Geothermie als regenerative Energie eine immer größer werdende Bedeutung zu. Dabei ist nicht nur ein Anstieg bei der Zahl von Wärmepumpen in Privathaushalten zu verzeichnen, sondern auch bei den Großanlagen, die größere Ortschaften mit Fernwärme und Strom versorgen.