Geothermie erklärt!

Geothermie

Mit Geothermie ist die in unserer Erde gespeicherte und erzeugte Wärmeenergie gemeint. Diese lässt sich als regenerative Energiequelle zur Erzeugung von Wärm und Strom nutzen.

Die Temperatur des Erdmantels steigt mit zunehmender Tiefe immer weiter an, in Deutschland im Durchschnitt um 30°C pro 1000 m Tiefe. In 3000 m Bohrungstiefe werden somit Temperaturen um 100°C erreicht, die jedoch regional schwanken.

Nutzung der Geothermie

  • Wärmeversorgung von Gebäuden
  • Nah- bzw. Fernwärmeversorgung (öffentliche Gebäude, größere Siedlungen, Gewerbe- bzw. Industriegebiete)
  • Stromerzeugung
  • Thermalbäder
  • Kühlung von Gebäuden und Industrieanlagen durch Umwandlung von Wärme in Kälte, z. B. durch Ab- oder Adsorptionskältemaschinen

Potenzial in 
Deutschland

Deutschland gilt weltweit als Vorreiter beim Ausstieg aus der Atomkraft. 2023 soll das letzte Atomkraftwerk abgeschaltet werden. Die Geothermie wäre die perfekte Alternative. Bereits 2003 stellte das technische Büro des Deutschen Bundestags fest, dass die Geothermie das 600-fache des deutschen Strombedarfs und das 1.500-fache des deutschen Wärmebedarfs decken könnte. Von diesem Potenzial wird gegenwärtig jedoch nur ein sehr kleiner Teil genutzt.

Geothermie: Die intelligenteste 
Form der Energiegewinnung

Erdwärme ist eine Ressource, die unbegrenzt zur Verfügung steht. Die 40 Kilometer dicke Erdkruste wird permanent durch den knapp 6.000 °C heißen Erdkern aufgeheizt. Je größer die Tiefe, desto höher die Temperatur. Direkt unter der Oberfläche beträgt die Temperatur nur etwa 10 °C,  steigt allerdings pro 100 Meter Tiefe um ca. 3 °C an. So herrschen in 4.000 Metern Tiefe Temperaturen von bis zu 140 Grad. Diese Wärme macht es möglich, nicht nur Heizenergie konstant zur Verfügung zu stellen, sondern auch Strom emissionsfrei zu produzieren.

Woher kommt die Erdwärme?

Vor rund 4,7 Milliarden Jahren entstand unser Sonnensystem. Aus einem kollabierenden heißen Sonnennebel wurde unsere Sonne. Ungefähr 1 Milliarde Jahre später bildete sich unsere Erde aus einer Sammlung loser Materie, die sich durch die Gravitation zusammenballte und so unsere Urerde entstehen ließ.

Schaubild der verschiedenen Schichten der Erde, bestehend aus der Erdkruste, dem Erdmantel, dem äußeren Kern (flüssig) und dem inneren Kern (fest)
© Naeblys/Shutterstock.com (bearbeitet)

Wiederum 1 Milliarde Jahre später war die Oberflächentemperatur der Erde auf unter 100°C gesunken. Die Erdkruste verfestigte sich und eine sauerstoffhaltige Atmosphäre entstand. So wurden vor rund 500 Millionen Jahren die Bedingungen für Leben auf der Erde geschaffen. Noch heute sind über 99 % unseres Planeten heißer als 1000°C - ein riesiger Erdwärmespeicher. Sich dieser Energie zunutze zu machen, war schon immer ein Traum der Menschheit. Heute ist dieser Traum Wirklichkeit.

Geothermie gewinnen!

Die Gewinnung der Geothermie kann unterschiedlich sein. Je nach Tiefe der Bohrung unterscheidet man zwei Arten der Geothermie:

Oberflächen-Geothermie und Tiefen-Geothermie.

 

Oberflächen-Geothermie:

bezieht sich auf Nutzung der Erdwärme aus bis zu ca. 400 m Tiefe mittels Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren oder durch flache Grundwasserbrunnen. 

 

Tiefen-Geothermie:

umfasst die thermische Nutzung des Untergrunds ab ca. 400 m bis zu mehreren Kilometern Tiefe mit Hilfe von Tiefbohrungen.

Die Nutzung von heißem Grundwasser oder Dampf wird als hydrothermale Geothermie bezeichnet. Gebiete, die in Deutschland für die Nutzung hydrothermaler Geothermie gut geeignet sind, befinden sich im Süddeutschen Molassebecken, im Oberrheingraben und im Norddeutschen Becken.

 

Hydrothermale Geothermie:

Heißes Wasser wird zur Strom- und Wärmegewinnung aus tief gelegenen Wasseraquiferen an die Erdoberfläche gefördert und danach über ein zweites Rohr wieder in den Aquifer gepresst.

  • Eine wirtschaftliche Stromerzeugung mittels hydrothermaler Systeme benötigt über 100°C heiße unterirdische Thermalwasserfelder, zwischen denen das heiße Thermalwasser über natürliche Grundwasserleiter (Aquiferen) zirkuliert.
  • Weist das geförderte Wasser Temperaturen von mindestens 100°C auf, kann damit in einem Dampfkraftwerk wirtschaftlich Strom erzeugt werden.
  • Diese sog. ORC-Turbinen ("Organic-Rankine-Cycle“) weisen jedoch bisher lediglich einen Wirkungsgrad von 8-12 % auf, so dass hier noch erheblicher Forschungsbedarf besteht, bzw. ergänzend Kraft- Wärme-Kopplung eingesetzt wird. Die restliche Wärme, die nicht zur Stromerzeugung nutzbar ist, wird dabei in das Nahwärmenetz eingespeist

 

Petrothermale Geothermie (HDR/EGS):

Kaltes Wasser wird von der Erdoberfläche in tiefes, heißes und trockenes Gestein gepresst, und erwärmt über ein zweites Rohr zur Strom- und Wärmegewinnung an die Oberfläche gefördert.

Die Vorteile der Geothermie

Der große Vorteil von erneuerbaren oder auch regenerativen Energien ist, dass sie kontinuierlich verfügbar sind. So wurden der Zielwert der Bundesregierung zum Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch von 35 % für das Jahr 2020 bereits 2017 erreicht. Auch der Zielbereich für das Jahr 2025 (40 bis 45 %) wurde vorfristig im Jahr 2020 überschritten. Der Strom aus geothermischen Anlagen ist „grundlastfähig“.

 
Wärme und Strom 24/7
 

Die Geothermiekraftwerke produzieren rund um die Uhr in gleichbleibendem Maße Energie bei einem vergleichsweise geringen Wartungszeitraum. Eine „Verschandelung“ der Landschaft durch großflächige oder weithin sichtbare/ästhetisch beeinträchtigende Anlagen bleibt hier aus. Ebenfalls stammen viele Einzelkomponenten aus bewährten, wenn auch anspruchsvollen Technologien und ist im Betrieb praktisch frei von schädlichen Emissionen. Gerade im Zusammenhang mit dem Bereich Elektromobilität und den intelligenten Stromnetzen („Smart Grids“) spielen diese nachhaltigen Energiequellen eine große Rolle.

Kapital als Herausforderung
 

Daher ist der Rahmen begrenzt und Projekte können nur langsam realisiert werden. Läuft ein Projekt, ist die Wertschöpfung nach Menschengedenken unendlich, die Quelle unerschöpflich.


Ein unglaublich wichtiges Argument, weil hierbei neben stabilen Cashflows auch eine Ressource Bestand hat welche in Zukunft genutzt werden kann und somit den Enkeln und den Kindern der Folgegeneration ein unschätzbarer Wert hinterlassen wird. Abhängigkeiten von Diktaturen oder Autokraten gehören dann der Vergangenheit an.

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