Geothermie

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Die Geothermie nutzt die Wärme aus der Erde
Quelle: kichatof / Fotolia.com

Geothermie nutzt die natürliche Erdwärme - nachhaltig und erneuerbar. Die gewonnene Energie kann zum Heizen oder zur Stromerzeugung eingesetzt werden. In Deutschland steigt die Erdtemperatur durchschnittlich um circa 30 Grad Celsius pro Kilometer an. Dementsprechend erschließen oberflächennahe und tiefe Geothermie unterschiedliche Temperaturniveaus.

Inhaltsverzeichnis

 

Oberflächennahe Geothermie

Als oberflächennahe Geothermie gilt die Nutzung der Erdwärme aus bis zu 400 Meter Tiefe. Wärmeenergie aus diesem Tiefenstockwerk wird aufgrund der noch relativ geringen Temperatur meist nicht direkt genutzt. Das beispielsweise zum Heizen von Wohnraum erforderliche Temperaturniveau wird erst mit Wärmepumpen erreicht. Im Wärmesektor fördert das Marktanreizprogramm für erneuerbare Energien unter anderem elektrische Wärmepumpen. Elektrische Wärmepumpen werden immer beliebter und ihre Absatzzahlen steigen. Doch wie sind Umwelt- und Energiebilanz elektrischer Wärmepumpen? Zu diesen Fragen hat das Umweltbundesamt das Positionspapier „Elektrische Wärmepumpen – eine erneuerbare Energie?“ verfasst.

Dieselbe Erdwärme-Anlage, die im Winter heizt, kann im Sommer das Gebäude kühlen. Denn das angeschlossene Erdreich ist relativ gesehen kälter als die Raumluft. Die Heizflächen (in Fußböden, Wänden oder Decken) nehmen dann Wärme auf anstatt sie abzugeben. So gewonnene Wärmeenergie wird in den Untergrund geleitet und dort gespeichert. Als positiver Nebeneffekt erholt sich das geothermische Reservoir dadurch schneller vom vorherigen Wärmeentzug in der Heizperiode und die Effektivität des Systems steigt.

Oberflächennahe Geothermie hat sich bei Ein- und Mehrfamilienhäusern als umweltfreundliche Alternative zu fossilen Energieträgern erwiesen und ist bereits weit verbreitet. Sie wird aber auch in größerem Maßstab zum Heizen oder Kühlen von Bürogebäuden oder in der Industrie eingesetzt.

Die Umwelteffekte bei der Nutzung oberflächennaher Geothermie, insbesondere für das Grundwasser, lässt das Umweltbundesamt derzeit untersuchen. Bisher hat sich dabei gezeigt, dass in der Regel keine dauerhafte Beeinträchtigung der Grundwasserqualität hervorgerufen wird.

Schema einer Erdwärmepumpe
Erdwärmepumpe
Quelle: BWP
 

Tiefe Geothermie

Die tiefe Geothermie stößt gegenüber der oberflächennahen Nutzung von Erdwärme in andere Dimensionen vor. Es werden nicht nur Wärmereservoire in größeren Tiefen erschlossen und dabei Bohrlöcher von bis zu fünf Kilometer Tiefe gebohrt. Auch die damit betriebenen Anlagen sind wesentlich größer und leistungsfähiger.

Mit Erdwärme aus Tiefengeothermie werden Wärmenetze gespeist und ganze Stadtviertel mit Heizwärme versorgt. Ist das Temperaturniveau hoch genug, kann mit einem Geothermiekraftwerk auch Strom erzeugt werden. Geothermie ist nicht von Wettereinflüssen abhängig und kann das ganze Jahr über annähernd ununterbrochen umweltfreundlichen Strom liefern. In einer vom Bundesumweltministerium geförderten Demonstrationsanlage in Unterhaching bei München werden die Nutzungsformen Wärmebereitstellung und Stromerzeugung miteinander kombiniert. Es ist die erste Anlage dieser Art im Süddeutschen Molassebecken.

Bei der Stromwandlung können in einem Geothermiekraftwerk verschiedene Arbeitsmittel eingesetzt und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz durchgeführt werden. Dabei ist auf deren Klimawirksamkeit zu achten. Hierzu wurden im Auftrag des Umweltbundesamtes Untersuchungen zum Einsatz von fluorierten Arbeitsmitteln durchgeführt und Umweltwirkungen von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz untersucht.

Eine Auswertung der Umwelteffekte bei der Stromerzeugung mit tiefer Geothermie hat ergeben, dass diese gegenwärtig und zukünftig einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leisten kann. Die Umwelteffekte sind lokal begrenzt und technisch beherrschbar. Strom- und Wärmeerzeugung aus Geothermie stellt gemeinsam mit anderen erneuerbaren Energien eine umwelt- und klimafreundliche Alternative zur fossilen Energie dar. In der Studie "Energieziel 2050" des Umweltbundesamtes zu der Realisierbarkeit einer rein erneuerbaren Energieversorgung wurde für die Stromerzeugung aus Geothermie ein beachtliches Potenzial ermittelt.

Neben der Temperatur ist die Durchlässigkeit des Gesteins im Förderhorizont ein entscheidender Parameter, der die erfolgreiche geothermische Nutzung bestimmt. In den meisten Fällen ist von vornherein ausreichend Thermalwasser sowie eine gute Durchlässigkeit vorhanden, andernfalls kann diese mithilfe von hydraulischen und chemischen Stimulationsmaßnahmen erhöht werden. Mögliche Umweltauswirkungen, die dabei befürchtet werden – in der Hauptsache sind dies induzierte Seismizität und mögliche Beeinträchtigungen der zur Trinkwasserversorgung dienenden Grundwasserleiter und Oberflächengewässer – wurden in einem Gutachten untersucht. Auch hier zeigt sich, dass bei Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben und Nutzung geeigneter Frühwarnsysteme keine unbeherrschbaren Risiken für die Umwelt bestehen.

Das geothermische Potenzial und auch die Notwendigkeit, nachhaltige Entwicklungsprozesse zu fördern, richtet sich nicht nach Landesgrenzen. Im Rahmen eines Beratungshilfeprojektes wurden daher die Nutzungsmöglichkeiten für „Geothermische Strom- und Wärmeerzeugung in Ungarn“ untersucht.

Schema eines geothermischen Kraftwerks mit einer sogenannten Dublette
Schema eines geothermischen Kraftwerks
Quelle: Blöcher/Frick GFZ
 

Geothermie im Schulunterricht

Wie man Erdwärme zum Heizen, Kühlen und zur Stromerzeugung erschließt, können Schülerinnen und Schüler von der Schülergruppe aus einer Broschüre für die Jahrgangsstufen 7 bis 10 erfahren. Für ein Referat machen sie sich schrittweise mit den zahlreichen Möglichkeiten der Energie aus der Tiefe vertraut.