Geothermie

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Die Geothermie nutzt die Wärme aus der Erde
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Geothermie bezeichnet die in der Erdkruste gespeicherte Wärmeenergie als auch die ingenieurtechnische Nutzung. Geothermie kann zum Heizen, Kühlen und zur Stromerzeugung eingesetzt werden. In Deutschland steigt die Temperatur in der Erdkruste durchschnittlich um 3 Kelvin pro 100 Meter an. Dementsprechend erschließen oberflächennahe und tiefe Geothermie Bereiche unterschiedlichen Temperaturniveaus.

Inhaltsverzeichnis

 

Oberflächennahe Geothermie

Als oberflächennahe Geothermie gilt die Nutzung der Erdwärme aus bis zu 400 Meter Tiefe. Wärme aus diesem Tiefenstockwerk muss aufgrund der noch relativ geringen Temperatur auf ein nutzbares Temperaturniveau gehoben werden. Um beispielsweise Gebäude mit oberflächennaher Geothermie heizen zu können, sind daher Wärmepumpen erforderlich. Oberflächennahe Geothermie aus dem Erdreich zählt, neben der Umweltwärme aus der Luft oder aus Oberflächengewässern, zur Umgebungswärme.

 

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.