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Erdwärme: Geothermie einfach erklärt

Geothermie

Im Erdkern sowie im Erdmantel befindet sich Wärme, die sich hervorragend zur Stromerzeugung und Wärmeversorgung eignet. Aber wie kann diese thermische Energie genutzt werden? Wir erklären Ihnen einfach, wie geothermische Anlagen funktionieren, worin der Unterschied zwischen tiefer und oberflächennaher Geothermie liegt und geben einen Überblick, welche Stellung Erdwärme bei den erneuerbaren Energien einnimmt.



Was ist Geothermie?

Unter Geothermie ‒ oder auch Erdwärme ‒ verstehen wir die Energiegewinnung aus den sehr hohen Temperaturen, die unterhalb der Erdoberfläche in den Erd- und Gesteinsschichten sowie in unterirdischen Wasserreservoirs herrschen. Diese Wärme entsteht hauptsächlich dadurch, dass natürliche radioaktive Elemente in der Erdkruste und im Erdmantel zerfallen. Da dieser Prozess und die daraus folgende Wärmezufuhr fortlaufend stattfinden, zählt die Geothermie zu den erneuerbaren Energien.

Je tiefer man in die Erde eindringt, desto wärmer wird es: Als Richtwert gilt, dass die Temperatur bei uns in Mitteleuropa pro 100 Meter um 3 °C steigt. Mithilfe von geothermischen Anlagen wird die Wärmeenergie in Strom umgewandelt oder für die Wärmeversorgung genutzt.

Wussten Sie schon?

Es wird davon ausgegangen, dass im Erdkern eine Temperatur zwischen 5.000 und 7.000 °C erreicht wird ‒ genau messen konnte das bisher aber noch niemand: Der innere Erdkern befindet sich in einer Tiefe von 6.370 km. Die bisher tiefste Bohrung der Welt im russischen Kola betrug aber nur 12.262 Meter.

Wie funktionieren Geothermieanlagen?

Bei der Nutzung von geothermischen Wärmequellen werden zwei Arten unterschieden: die oberflächennahe und die tiefe Geothermie.

Oberflächennahe Geothermie

Unter oberflächennaher Geothermie versteht man die Nutzung der Erdwärme bis zu 400 m Tiefe. Es kommen Erdwärmekollektoren (für geringe Tiefen von 1,2 bis 1,5 m), Erdwärmesonden (50 bis 100 m) oder flache Grundwasserwärmebrunnen zum Einsatz. Bereits in einer Tiefe von 50 bis 100 m ist die Temperatur ganzjährig konstant und kann in der Kombination mit Wärmepumpen zum Heizen von Ein- und Mehrfamilienhäusern oder kleineren Gewerbeeinheiten genutzt werden.

Tiefe Geothermie

Erdwärme-Erklärung: Darstellung der verschiedenen Erdschichten, die durchdrungen werden, um auf heißes Wasser zu stoßen und damit Turbinen und Generatoren zur Stromerzeugung zu betreiben.

Von Tiefengeothermie wird immer dann gesprochen, wenn die Erdwärme in Bereichen größer als 400 m bis hin zu mehreren Kilometern Tiefe genutzt wird. Mithilfe der tiefen Geothermie kann Strom erzeugt oder beispielsweise ganze Stadtviertel mit Wärme versorgt werden. Hierbei kommen zwei verschiedene Techniken zum Einsatz: hydrothermale und pedrothermale Systeme.

Bei der hydrothermalen Geothermie werden wasserführende Schichten in einer Tiefe von 2.000 bis 4.000 m angezapft. Je nachdem, welche Wasserquelle zur Verfügung steht, liegen Temperaturen von 40 und 250 °C vor. Solche natürlichen Vorkommen sind bei uns in Deutschland allerdings selten.

Die pedrothermale Geothermie nutzt die Wärme der heißen Gesteinsschichten, die sich in einer Tiefe von 2.000 bis 6.000 m befinden. Sie wird auch als „Hot-Dry-Rock-Verfahren“ bezeichnet. Dafür wird Wasser mit hohem Druck in Risse im Gestein gepresst. Das Wasser erhitzt sich im Gestein, das ca. 200 °C heiß ist, und wird an die Erdoberfläche gepumpt, wo es eine Temperatur von ca. 100 °C hat und weiter genutzt wird.

Wussten Sie schon?

Das Thermalbad „Blaue Lagune“ ist eine Attraktion auf der Reykjanes-Halbinsel Islands. Das Besondere: Das Bad ist quasi ein „Abfallprodukt“ des benachbarten Geothermiekraftwerks Svartsengi. Das geothermal erhitze Wasser, welches zur Stromproduktion und für die Fernwärmeversorgung genutzt wird, fließt nach seiner Verwendung in das Lavafeld Illahraun neben dem Kraftwerk. Dort sammelt es sich und hat die Anwohner dazu verlockt hat, darin zu baden. Seit 1992 ist die Lagune offiziell ein Thermalbad mit Spa.

Vereinfacht gesagt funktionieren beide geothermischen Systeme nach demselben Grundprinzip: Kaltes Wasser wird in tief liegende Erdschichten gepumpt, wo es stark erhitzt wird. Das heiße Wasser wird nach oben befördert, wo es in Dampf umgewandelt wird, der die Turbinen eines Erdwärmekraftwerks in Bewegung setzt. Die Turbine wiederum treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Dieser wird anschließend über einen Trafo ins Hochspannungsnetz eingespeist. Das Wasser bleibt nach der Nutzung nicht an der Oberfläche, sondern wird abgekühlt wieder ins Erdinnere geleitet, sobald es den Generator in Gang gesetzt hat. Der erneuerbaren Energie aus Erdwärme liegt also ein Kreislauf zugrunde.



Geothermie in Deutschland

Zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen trägt die Geothermie in Deutschland weniger als 0,1 Prozent bei. Laut dem Jahresbericht Energieversorgung 2020 des BDEW belegen die USA mit 17 TWh produzierten Strom (2019) den ersten Rang bei der geothermischen Stromerzeugung. Der Ausbau der Anlagen ist mit sehr hohen Kosten verbunden und nicht überall möglich. Die besten Voraussetzungen für die geothermische Energie finden sich hierzulande im Norddeutschen Becken und im Süddeutschen Molassebecken.

Geothermie weltweit

Im weltweiten Vergleich belegen die USA mit 17 TWh produzierten Strom (2019) den ersten Rang bei der geothermischen Stromerzeugung. Vorreiter beim Ausbau neuer Anlagen sind die Türkei, Indonesien und Kenia. In diesen Regionen sind die geologischen Voraussetzungen für geothermische Kraftwerke besonders günstig.

Vor- und Nachteile der Geothermie

Vorteile Nachteile
99 Prozent der Erde sind heißer als 1.000 °C, das Energiepotenzial der Erdwärme gilt als unerschöpflich. Der Bau neuer Anlagen ist mit hohen Kosten und einem großen Flächenbedarf verbunden.
Die Geothermie macht unabhängig von fossilen Energieträgern wie Kohle oder Erdöl. Durch die nötigen tiefen Bohrungen ist es möglich, dass Gesteinsschichten verschoben werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass Erdwärme witterungs- und tageszeitunabhängig gewonnen werden kann. Die geologischen Voraussetzungen für die Stromproduktion durch Erdwärme sind in Deutschland nur in wenigen Gebieten gegeben.
Geothermiekraftwerke stoßen bei der Stromproduktion kein CO2 aus und tragen damit einen wichtigen Teil zur Energiewende bei.  
Heizungen, die mit Erdwärme in Kombination mit elektrischen Wärmepumpen betrieben werden, verursachen im Vergleich zu Ölheizungen 55 % weniger CO2-Ausstoß.  
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