Geothermische Energie ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde. Pro Liter „Erdinnenraum" sind im Mittel 2,6 kWh Energie gespeichert.
Der Wärmeinhalt der Erde würde unseren heutigen Weltenergiebedarf für 30 Millionen Jahre decken. Mit menschlichen Maßstäben gerechnet sind also die in der Erde gespeicherten Energievorräte genauso unerschöpflich wie die der Sonne.In Mitteleuropa nimmt die Temperatur in den obersten Erdschichten durchschnittlich um 3 °C pro 100 m zu. Im obersten Erdmantel herrschen etwa 1.200 °C, im Erdkern sind es wahrscheinlich 6.000 °C. Unmittelbar an der Erdoberfläche werden die Temperaturen fast ausschließlich durch die Sonne bestimmt. Da der Boden die Wärme jedoch schlecht leitet, ist spätestens unterhalb von 15 - 20 m Tiefe kein Einfluss der Sonne mehr festzustellen.
Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energieträgern besitzt die Geothermie einen bedeutenden Vorteil: Sie steht unabhängig von Tages- und Jahreszeit oder den herrschenden Klimabedingungen immer zur Verfügung.
Da sie direkt vor Ort zu finden ist, benötigt man keine aufwendigen Transportsysteme. Durch Vermeidung eines konventionellen Verbrennungsprozesses werden keine direkten CO2-Emissionen verursacht; geringfügige CO2-Emissionen ergeben sich nur durch Verwendung von Elektroaggregaten.
Inzwischen verfügen wir über Technologien, die es uns ermöglichen, die vorhandenen Ressourcen auch praktisch überall zu nutzen. In Deutschland wird mit gegenwärtig rund 600 Megawatt installierter Leistung (unter Einbeziehung der oberflächennahen Geothermie aus Wärmepumpen) umweltfreundliche Wärme auf Basis der Geothermie erzeugt. Weltweit sind zwischen 15.000 und 20.000 Megawatt (thermisch) und 8.400 Megawatt (elektrisch) Leistung installiert. Das ist nur ein Bruchteil dessen, was möglich wäre. Der Wärmestrom aus der Tiefe reichte prinzipiell aus, um unseren gesamten Wärmebedarf decken zu können.
Nutzungsverfahren
Oberflächennahe Geothermie
Auch die ersten hundert Meter Tiefe lassen sich bereits geothermisch nutzen, obwohl dort nur Temperaturen von 8-12 °C herrschen. Man benötigt zusätzlich nur eine Wärmepumpe, um die für die Wärmeversorgung notwendigen höheren Temperaturen zu erzeugen. Erdgekoppelte Wärmepumpen sparen Primärenergie ein und schonen so Umwelt und Klima. Das Land Nordrhein-Westfalen fördert daher solche Anlagen mit seinem Programm „Rationelle Energieverwendung und Nutzung unerschöpflicher Energiequellen (REN)".
Zur Wärmeerzeugung in der oberflächennahen Geothermie stehen folgende Nutzungsverfahren zur Verfügung:
Grundwasserwärmepumpen:
An geeigneten Standorten lässt sich Grundwasser über Brunnen entnehmen und direkt zur Wärmepumpe bringen. Es muss jedoch wieder in den Untergrund eingeleitet werden, so dass neben Förderbrunnen auch sogenannte Schluckbrunnen einzurichten sind.
Erdwärmekollektoren:
In einer Tiefe von etwa 80-160 cm werden Wärmetauscherrohre aus Kunststoff horizontal im Boden verlegt. Über eine zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit wird dem Boden die Wärme entzogen und mittels einer Wärmepumpe auf das benötigte Temperaturniveau angehoben.
Erdwärmesonden:
Die Sonden sind senkrechte, meist 30 bis 100 m, selten auch tiefere Bohrungen, in die gewöhnlich Kunststoffrohre installiert werden. Sie bilden in Mittel- und Nordeuropa die häufigsten Anlagentypen. Die mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllten Sonden heizen oder kühlen in Verbindung mit einer Wärmepumpe einzelne Wohngebäude, Büro- und Gewerbebauten oder sogar ganze Wohnanlagen.
Erdberührte Betonbauteile, Energiepfähle:
Dabei handelt es sich um statisch notwendige Bauteile und/oder Gründungspföhle sowie Schlitzwände. Bei Neubauten kann man diese mit Wärmetauscherrohren ausrüsten und sie in Verbindung mit einer Wärmepumpe wirtschaftlich zum Heizen und Kühlen des Gebäudes einsetzen.
Tiefengeothermie
Tiefe Erdwärmesonden
Das Prinzip der über 500 m tiefen Erdwärmesonden wurde Anfang der 90er Jahre erstmals in der Schweiz erprobt. Damals wollte man alte Bohrungen, z. B. aus der Erdöl- und Erdgassuche weiternutzen. Seit 1994 wird eine fast 3000 m tiefe Erdwärmesonde auch in Prenzlau (Brandenburg) unter Nutzung einer schon vorhandenen Bohrung betrieben. Die gewonnene Energie wird in das Fernwärmenetz der Stadtwerke eingespeist. Eine Wärmepumpe ist zur Aufheizung zwischengeschaltet, um das geothermische Temperaturniveau auf das der Fernwärme anzuheben.
Moderne Wohnungen werden so gebaut, dass sie nur noch wenig Heizenergie benötigen; die Heizungen werden als Niedertemperaturanlagen ausgelegt. Deswegen kann man jetzt in Nordrhein-Westfalen erstmals einen etwas anderen Weg gehen: Das in der tiefen Erdwärmesonde erwärmte Wasser liefert seine Energie über Wärmetauscher in den Gebäuden ab, kehrt dann abgekühlt in die Tiefe zurück, um sich dort erneut zu erwärmen und den Kreislauf zu wiederholen.
Thermalwassernutzung
In Deutschland entstanden geothermische Heizwerke zuerst dort, wo es im Untergrund Thermalwasser gibt. Größere bekannte Vorkommen finden sich z. B. in der Norddeutschen Tiefebene, im Süddeutschen Molassebecken zwischen Donau und Alpen, unter der Schwäbischen Alb oder im Oberrheintal aber beispielsweise auch im Aachener Raum. Sie verfügen über Temperaturen von ca. 40 bis knapp über 100 °C. Im Oberrheintal und in Bayern gibt es auch Thermalwasservorkommen mit Temperaturen von mehr als 100° C.
Das warme oder heiße Wasser wird über eine Tiefbohrung an die Oberfläche gefördert, abgekühlt und über eine weitere Bohrung wieder in den Untergrund zurückgeleitet, und zwar in die Schicht, aus der es auch entnommen wurde. Auf diese Weise wird das hydraulische Gleichgewicht im Untergrund erhalten und das Thermalwasservorkommen nicht leergepumpt. Die aus dem Wasser gewonnene Wärme wird in ein Fernwärmenetz übertragen. Ein solches Wärmeversorgungssystem mit zwei Bohrungen nennt man eine geothermische Dublette. In Deutschland sind sie zwischen 800 und 2500 m tief. Geothermische Heizwerke können über eine installierte Leistung von mehr als 20 Megawatt verfügen und mehrere tausend Wohnungen mit Wärme versorgen.
Strom aus Geothermie
Geothermische Kraftwerke gibt es auf allen Kontinenten, meistens dort, wo Dampf oder Heißwasserlagerstätten zu finden sind. Kraftwerke produzieren mit konventioneller Technik Strom rund um die Uhr. Noch längst sind nicht alle entsprechenden Ressourcen erschlossen. Neue Technologien erweitern die Möglichkeiten.
Niedrigere Temperaturbereiche ab etwa 100 °C konnten bisher zur wirtschaftlichen Stromproduktion nicht genutzt werden. Die Marktgemeinde Altheim in Oberösterreich versorgt sich schon seit Jahren mit geothermischer Wärme; seit dem Jahr 2000 ist sie auch erster geothermischer Stromproduzent nördlich der Alpen. Durch die Entwicklung der ORC-Turbine (Organic Rankine Cycle) ist es jetzt möglich, das 106 °C heiße Thermalwasser für die Stromerzeugung zu nutzen.
Ein weiterer Schritt nach vorn sind Hot-Dry-Rock-Kraftwerke (HDR-Kraftwerke). In Mitteleuropa gibt es zwar keine Dampf- oder Heißwasserlagerstätten. Aber heiß genug ist der Untergrund auch bei uns. Um auf Temperaturen zu stoßen, die sich für die Stromgewinnung eignen, sind ausreichend tiefe Bohrungen notwendig.
Das grundlegende Verfahrensprinzip klingt relativ einfach: Das in der Tiefe vorhandene heiße Gestein wird über Bohrungen erschlossen. Zwischen den Bohrungen werden mit Wasserdruck, also hydraulisch, Fließwege aufgebrochen oder vorhandene aufgeweitet. So wird eine Art unterirdischer Wärmetauscher erzeugt, in denen sich von der Oberfläche eingepresstes Wasser erhitzen kann, um, wieder nach oben gefördert, eine Turbine anzutreiben. Die Zirkulation in HDR-Systemen erfolgt in einem geschlossenen Kreislauf. Dieser steht so unter Druck, dass ein Sieden des Wassers verhindert wird. Dampf entsteht also erst an der Turbine.
Einem Team des Europäischen Hot-Dry-Rock-Forschungsprojekts in Soultz-sous-Forets im französischen Teil des Oberrheingrabens (Elsass) gelang es in den Jahren 1994 bis 1997, die grundsätzliche Eignung des Verfahrens nachzuweisen. Soultz-sous-Forets wurde als Standort dieses Vorhabens gewählt, weil es im Zentrum der größten Wärmeanomalie Mitteleuropas liegt. Das ermöglichte, die Arbeiten in relativ geringer Tiefe von rund 3.500 bis 5.000 Metern durchzuführen.
Mit den Ergebnissen, an denen auch Wissenschaftler aus Nordrhein-Westfalen ihren Anteil haben, hat sich die europäische Forschung weltweit an die Spitze der HDR-Entwicklung gesetzt.
Die Schweizer Bundesregierung hat auf Grund der ermutigenden Entwicklung beschlossen, im Raum Basel ein erstes eigenes HDR-Kraftwerk zu errichten.
Speicherung von Wärme und Kälte
Der Erde kann nicht nur Wärme entzogen, in ihr kann auch Wärme gespeichert werden.
Erdwärmesondenspeicher:
Im Sommer lässt sich überschüssige Wärme aus Gebäuden über Erdwärmesonden oder Energiepfähle in den Untergrund abfuhren. Von dort kann sie dann im Winter zurück geholt werden.
Ein entsprechendes Demonstrationsobjekt wurde bereits 1992 in NRW realisiert. Im Technologiezentrum Düsseldorf wird ein 6.650 m² Gebäudekomplex mit geothermischer Energienutzung geheizt und gekühlt. Die Erdsondenanlage verteilt 77 Sonden mit je 35 m Tiefe auf vier Erdsondenschächte und erzielt eine Entzugsleistung von 117,5 kW.
Aquiferspeicher:
Verfügt man im Untergrund über eine wasserführende Schicht, in der das Wasser nicht oder kaum fließt, kann man nur diese zur direkten Wärmespeicherung nutzen. Einen solchen Aquiferspeicher gibt es z.B. am Gebäude des Berliner Reichstags. Dort wird im Sommer Abwärme aus Blockheizkraftwerken über Bohrungen in den Untergrund abgeführt, die später während der Heizperiode wieder zur Verfügung gestellt werden kann.
Verkehrsflächen schnee- und eisfrei halten
In Europa wurde 1994 eine erste Anlage mit dem Verfahren zur Sonnenenergierückgewinnung aus Straßenoberflächen (SERSO), einem Hangviadukt einer Bundesstraße bei Därligen am Thunersee, Schweiz, realisiert. Dieses Straßenstück zeichnete sich durch häufiges und plötzliches Auftreten von Glatteis als sehr unfallträchtig aus. Unter der Straßenoberfläche, die sich bei Sonneneinstrahlung aufheizt, befinden sich Rohrschlangen, die die eingesammelte Wärme an einen Erdwärmesondenspeicher abgeben. Dort steht sie dann bei kritischen Winterwetterlagen wieder zur Verfügung und verhindert die Glatteisbildung.
Comments
Da ich mich mit der Thematik Konvertierung von Geldwerten in Sachwerte befasse (Sicherung der Gelder meiner Kunden vor Entwertung) interessieren mich Beteiligungsmöglichkeiten in Geothermie. Gibt es hier börsenunabhängige Möglichkeiten? Wer kann mir da weiterhelfen?
Mit freundlichen Grüßen aus Fredersdorf bei Berlin
Jens Veit Günther
Auch ich bin an dem Thema sehr interessiert und werde mich innerhalb des nächsten halben Jahres stärker damit auseinandersetz ten. Die Grundidee ist die Kombination von Geothermie und einer effizienzgestei gerten Dampfmaschine zur Stromerzeugung, als Bürgerkraftwerk konzipiert, Beteiligungsmöglichkeit ab 50,- Euro. Über die konkrete Umsetzung werde ich, wie gesagt, erst demnächst grübeln. Vielleicht sollten wir uns mal deswegen kurzschließen, ob man da nicht gemeinsam was ausbrüten könnte?
Herzliche Grüße aus Hamburg,
Gunnar Kliewe