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Geothermie
Erdwärme hat gegenüber anderen regenerativen Energieformen wie Wind, Wasser und Sonne einen entscheidenden Vorteil: Sie unterliegt keinen meteorologischen Schwankungen und ist jederzeit in gleicher Menge verfügbar.
Die Wärme der Erde nutzen
Tief in der Erde steckt ein gewaltiges Energiepotenzial. Denn sie ist nur an der Erdkruste abgekühlt – im Inneren herrschen extrem hohe Temperaturen. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur pro hundert Meter Tiefe um drei Grad Celsius zu. Allein unter der Fläche der Bundesrepublik steckt in einer Tiefe von 3.000 bis 7.000 Metern so viel Energie, dass wir uns damit für die nächsten zehn Jahrtausende komplett mit Strom und Wärme versorgen könnten.
Energiegewinnung durch Erdwärme
Geothermiekraftwerke
Geothermiekraftwerke nutzen heißes Wasser bzw. dessen Dampf aus tief gelegenen Gesteinsschichten zur Energiegewinnung. Die Wärmeförderung funktioniert nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Das heißt, sie verwenden die bei der Stromproduktion entstandene Wärme zum Heizen.
Das erste geothermische Heizkraftwerk in Deutschland ging 2007 in Unterhaching ans Netz. Mittlerweile gibt es hierzulande 22 Geothermiekraftwerke. Die ertragreichsten Anlagen liegen in Bayern. Allen voran die Erdwärmeanlage in Dürrnhaar mit einer installierten Leistung von 5,5 Megawatt. Die verarbeitete Wassertemperatur beträgt dort 136 Grad Celsius.
Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe nutzt das Energiepotenzial der Erde. Sie entzieht dem Boden in der Umgebung eines Hauses Wärme mit niedriger Temperatur und wandelt diese in Wärme mit höherer Temperatur um. Damit kann sie unabhängig von der Tages- oder Jahreszeit ein Gebäude vollständig beheizen oder warmes Wasser erzeugen.
Unsere Animation zeigt, wie eine Sole-Wasser-Wärmepumpe genau funktioniert.
Weltweit förderten Ende 2019 circa 6,5 Millionen erdgekoppelte Wärmepumpen eine thermische Leistung von rund 77,5 Gigawatt. Das entspricht einer Nutzwärmebereitstellung von etwa 166,7 Terrawattstunden. International stehen die meisten Anlagen in China, den USA, Schweden, Deutschland und Finnland.
Erscheinungsformen
Die nutzbaren Wärmequellen aus dem Erdinneren werden in jene unterschieden, die auf natürlichem Weg auf die Erdoberfläche treten zum Beispiel als heiße Quellen oder Geysire und jene, die durch Bohrungen erschlossen werden. Außerdem lassen sich die sogenannten geothermischen Systeme in vier Kategorien unterteilen:
Thermalwasserfelder
Thermalwasserfelder liefern warmes Wasser mit Temperaturen unter 100 Grad Celsius. Dieses Thermalwasser tritt entweder durch Quellen von selbst an die Oberfläche oder wird durch Pumpen gefördert. Je nach chemischer Zusammensetzung und Anreicherung mit Mineralien und Salzen kann das warme bis heiße Wasser auch heilende Wirkung haben. Bereits seit Jahrhunderten wird es deshalb in Heilbädern für äußere Anwendungen oder für Trinkkuren eingesetzt.
Nassdampffelder
Nassdampffelder sind heißer als 100 Grad Celsius und stoßen ein Wasser-Dampf-Gemisch aus. Dieses tritt durch Risse und Spalten aus dem Boden oder sammelt sich in Mulden und Becken, wo es oft als schlammiges Wasser zu sprudeln beginnt. Ist der Druck groß, dann schießt es in Form von Geysiren aus dem Boden. Wenn Nassdampffelder nicht von selbst an die Oberfläche dringen, sondern sich in unterirdischen Lagerstätten befinden, können sie angebohrt und dadurch nutzbar gemacht werden. In Island wird Nassdampf beispielsweise als Quelle für Fernwärme genutzt, indem er mittels Rohrleitungen direkt in die Netze eingespeist wird.
Heißdampffelder
Heißdampffelder bestehen ausschließlich aus trockenem Dampf mit Temperaturen zwischen 125 und 245 Grad Celsius. Dieser heiße Dampf wird vor allem für die Stromerzeugung in Wärmekraftwerken eingesetzt. Heißdampffelder stehen derzeit an erster Stelle der geothermischen Nutzung.
Geokomprimierte Heißwassersysteme
Geokomprimierte Heißwassersysteme werden aufgrund des hohen Drucks, unter dem sie stehen, ebenfalls hauptsächlich für die Stromerzeugung genutzt. Diese Systeme treten nie von selbst an die Oberfläche, sondern müssen immer durch Bohrungen erschlossen werden. Durch das Anbohren entspannt sich der Druck und es entsteht Dampf mit Temperaturen von 150 bis 200 Grad Celsius.
Hot-Dry-Rock-Verfahren
Zu einer der innovativsten Technologien zählt das Hot-Dry-Rock-Verfahren. Bei diesem wird heißes, trockenes Gestein zur Produktion von Wärme und Strom genutzt. Dabei werden durch zwei Bohrungen Rohre in eine Tiefe von dreitausend bis siebentausend Metern direkt in heiße und trockene Gesteinsschichten geführt. In dem einen Rohr wird Wasser mit Druck in die feinen Risse gepresst, die selbst Granit in diesen Tiefen aufweist. Durch den Wasserdruck vergrößern sich die Risse des 200 Grad Celsius heißen Gesteins geringfügig. Eine Art Durchlauferhitzer entsteht. In diesem wird das hinein gepresste Wasser erhitzt, um anschließend in der zweiten Rohrleitung nach oben zu fließen und eine Turbine wie in konventionellen Wärmekraftwerken anzutreiben.
Die Schwierigkeiten dieser Form der Energienutzung bestehen hauptsächlich darin, geeignete Gesteinsfelder aufzuspüren. Sie müssen eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen und ein geschlossenes Zirkulationssystem garantieren, damit das eingepresste Wasser nicht versickert. Außerdem müssen sie frei von Ablagerungen oder Auswaschungen sein, damit der Wasserkreislauf nicht unterbrochen wird.
