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Geothermie: Erneuerbare Energie aus der Tiefe der Erde

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Was ist Geothermie?

Unter Geothermie versteht man die Nutzung der Erdwärme zur Gewinnung von Strom, Wärme und Kälteenergie. Diese Energie stammt aus dem Zerfall radioaktiver Elemente sowie aus der Restwärme, die bei der Entstehung der Erde entstanden ist. Man unterscheidet die oberflächennahe Geothermie bis zu 400 Metern Tiefe und die Tiefengeothermie.

  • Oberflächennahe Geothermie kommt vor allem bei der Beheizung und Kühlung von Wohnhäusern zum Einsatz.
  • Von Tiefengeothermie wird in der Regel bei Geothermieanlagen mit Bohrtiefen von mehr als 400 Metern gesprochen. 99 % des Erdinneren sind heißer als 1000 °C.

Geothermie reicht aus, um damit den Energiebedarf aller Menschen um etwa das 2.5fache zu decken. Genutzt wird Geothermie bislang nur vergleichsweise wenig. In Bruchsal wird Tiefengeothermie betrieben.

Wie funktioniert Tiefengeothermie?

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Die Förderung von tiefer Geothermie ist um einiges aufwendiger. Es gibt dabei zwei verschiedene Methoden:

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Funktionsweise der Tiefengeothermie

Hydrothermale Methode

  • Erkundung und Standortwahl: Zunächst wird ein geeigneter Standort identifiziert, an dem heiße Wasser- oder Dampfreservoire in ausreichender Tiefe vorhanden sind. Dies erfordert geologische Untersuchungen und Bohrungen, um die Temperatur und die Menge des vorhandenen Wassers zu bestimmen. Im Oberrheingraben sind diese Bedingungen gegeben: Dank einer sogenannten geothermischen Wärmeanomalie eignet sich das Oberrheintal besonders gut für die Nutzung von Erdwärme. Normalerweise nimmt die Temperatur in vulkanisch nicht aktiven Regionen um 3 Grad Celsius pro 100 Meter Tiefe zu. Im Oberrheingraben steigt die Temperatur schneller an. An manchen Stellen herrschen in 1.000 Meter Tiefe schon 100 Grad Celsius. Deshalb sind in Bruchsal die Bedingungen für die Erprobung und Förderung der Tiefengeothermie optimal.
  • Bohrung: An dem ausgewählten Standort werden Bohrungen durchgeführt, um Zugang zu den heißen Wasserreservoiren zu erhalten. Diese Bohrungen können mehrere Kilometer tief sein.
  • Förderung des heißen Wassers: Das heiße Wasser oder der Dampf wird durch die Bohrlöcher an die Oberfläche gepumpt. Die Temperatur des Wassers kann je nach Tiefe und geologischen Bedingungen zwischen 100°C und über 300°C liegen.
  • Energieumwandlung: An der Oberfläche wird die Wärmeenergie des heißen Wassers oder Dampfes genutzt, um Strom zu erzeugen oder direkt für Heizzwecke verwendet zu werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Energie umzuwandeln:
    • Stromerzeugung: In einem Geothermiekraftwerk wird der Dampf genutzt, um Turbinen anzutreiben, die wiederum Generatoren zur Stromerzeugung antreiben.
    • Direkte Nutzung: Das heiße Wasser kann direkt für Heizzwecke genutzt werden, z.B. für Fernwärmenetze, industrielle Prozesse oder Gewächshäuser.
  • Reinjektion: Nachdem die Wärmeenergie entzogen wurde, wird das abgekühlte Wasser wieder in die Erde zurückgeführt. Dies geschieht durch ein separates Bohrloch, um den Wasserkreislauf zu schließen und die Nachhaltigkeit des Reservoirs zu gewährleisten.
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Petrothermale Geothermie

Petrothermale Geothermie (auch Enhanced Geothermal Systems, EGS genannt) nutzt die Wärme von heißen, trockenen Gesteinen. Hierbei wird Wasser in das heiße Gestein gepumpt, um Wärme zu extrahieren. Zwei tiefe Bohrlöcher werden in das Gestein gebohrt und durch hydraulisches Aufbrechen ein künstliches Reservoir geschaffen. Kaltes Wasser wird in das erste Bohrloch gepumpt, durch das heiße Gestein geleitet und erhitzt. Das erhitzte Wasser wird durch das zweite Bohrloch an die Oberfläche gepumpt und zur Stromerzeugung genutzt. Das abgekühlte Wasser wird anschließend wieder in den Kreislauf zurückgeführt.

Wie funktioniert Oberflächennahe Geothermie?

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Funktionsweise Oberflächennahe Geothermie

In der Kombination mit Wärmepumpen kann die oberflächennahe Geothermie zum Heizen von Ein- und Mehrfamilienhäusern oder kleineren Gewerbeeinheiten genutzt werden. Die Erdwärme wird mit Erdwärmesonden oder Flächenkollektoren an das Tageslicht befördert und dann über eine Wärmepumpe auf die gewünschte Temperatur gebracht. Bei dieser Methode muss nicht besonders tief gebohrt werden, um an die Erdwärme zu gelangen.

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Geothermie in Deutschland

Erdwärme in Deutschland

Grundsätzlich spielt Geothermie als zukunftsfähige Energie eine immer größere Rolle, insbesondere im Bereich der oberflächennahen Geothermie. Aber auch die Tiefengeothermie wird immer besser erforscht und entwickelt, aufgrund der höheren Investitionskosten allerdings langsamer. An geeigneten Standorten, wie zum Beispiel im Oberrheingraben, sind die Bedingungen für eine sichere und erfolgreiche Förderung von Tiefenerdwärme ideal.

Geothermie ist in Deutschland unterschiedlich stark verbreitet, je nach Region und angewandter Methode:

  • Süddeutschland: Besonders in Bayern und Baden-Württemberg gibt es zahlreiche geothermische Projekte. Die geologischen Bedingungen sind hier günstig, insbesondere im Molassebecken und im Oberrheingraben (siehe unser Projekt in Bruchsal).
  • Norddeutschland: Auch in Norddeutschland gibt es Potenzial für Geothermie, insbesondere in Niedersachsen und Schleswig-Holstein. Hier wird vor allem die oberflächennahe Geothermie genutzt.
  • Fernwärmeprojekte: In einigen Städten und Gemeinden wird Geothermie zur Versorgung von Fernwärmenetzen genutzt. Beispiele sind München, wo die Stadtwerke München ein umfangreiches Geothermie-Fernwärmenetz betreiben, und Erding.
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Strom aus Erdwärme wird in den nächsten Jahren weltweit wichtiger

Energieproduktion durch Geothermie seit 2020 mit Prognose bis 2029 (in TWh)

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Quelle: Statista Market Insights

Wie sicher ist Geothermie?

Tiefengeothermie mit der hydrothermalen Methode nutzt heißes Wasser aus tiefen geologischen Schichten, um Energie zu gewinnen. Die EnBW-Anlage in Bruchsal wird permanent seit 2009 durch das KIT (Karlsruher Institut für Technologie) überwacht. In dieser Zeit wurden keinerlei auf die Geothermie zurückführbaren seismische Aktivitäten gemessen. Beschwerden von Anwohnern gab es ebenfalls keine. Die sorgfältige Standortwahl und Überwachung ist entscheidend.

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Welche Vorteile hat Geothermie?

Energiegewinnung aus Erdwärme bietet besonders folgende Vorteile:

  • Klimafreundlichkeit: Geothermie ist eine klimafreundliche Energiequelle mit minimalen CO₂-Emissionen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen. Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien benötigen Geothermie-Anlagen kaum Fläche.
  • Zuverlässigkeit: Geothermie ist rund um die Uhr und unabhängig von Wetterbedingungen verfügbar. Damit ist sie ideal als Grundlastversorgerin geeignet und ergänzt perfekt die volatilere Energieversorgung aus Windkraft und Sonne. Geothermische Systeme haben eine lange Lebensdauer und erfordern nur minimale Wartung.
  • Langfristige Kosteneffizienz: Die Initialkosten bei der Errichtung einer Geothermieanlage sind zwar hoch, langfristig überwiegen die wirtschaftlichen Vorteile jedoch aufgrund reduzierter Betriebskosten und stabiler Energiepreise.
  • Regionale wirtschaftliche Entwicklung: Geothermieprojekte schaffen Arbeitsplätze und generieren Steuereinnahmen.
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Was sind die Nachteile von Geothermie?

  • Hohe Anfangsinvestitionen: Die Installation von geothermischen Anlagen erfordert erhebliche Anfangsinvestitionen, insbesondere für Bohrungen und spezialisierte Ausrüstungen.
  • Standortabhängigkeit: Eine Geothermieanlage kann nicht überall gebaut werden, sondern nur dort, wo nach umfangreichen Voruntersuchungen geeignete Bedingungen festgestellt werden (Permeabilität der Gesteins, Temperatur in der Tiefe etc.).
  • Potenzielle seismische Risiken: Tiefe geothermische Bohrungen und die Injektion von Flüssigkeiten können mikroseismische Aktivitäten auslösen, die sorgfältig überwacht und gemanagt werden müssen.
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Fazit: Vorteile und Nachteile der Geothermie

Da die Geothermie, im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien, rund um die Uhr und bei jedem Wetter verfügbar ist, hat sie gegenüber Energie aus Wind und Sonne einen entscheidenden Vorteil, nämlich eine zuverlässige und von der Witterung unabhängige Verfügbarkeit. Da keine Treibhausgase freigesetzt werden, ist sie besonders emissionsarm und damit nachhaltig.

Der Nachteil von Geothermie besteht insbesondere in den hohen Investitionskosten.

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Wie wirtschaftlich sind Geothermieanlagen?

  • Investitionskosten: Die Anfangsinvestitionen für Geothermieanlagen sind relativ hoch, insbesondere für die Erschließung und den Bau der Bohrungen. Große Geothermieprojekte erfordern Investitionen von etwa 2,0 bis 2,5 Milliarden Euro pro Gigawatt installierter Leistung.Diese Kosten können jedoch durch staatliche Förderungen und Subventionen gemindert werden.
  • Betriebskosten: Im Vergleich zu fossilen Kraftwerken sind die Betriebskosten von Geothermieanlagen relativ gering. Es fallen keine Brennstoffkosten an, und die Wartungskosten sind überschaubar. Zudem sind Geothermieanlagen in der Lage, kontinuierlich Energie zu liefern, was sie zu einer zuverlässigen Energiequelle macht.
  • Grundsätzlich gilt: Eine Kombination von Strom- und Wärmeerzeugung verbessert die Gesamtwirtschaftlichkeit. Ebenso sorgen technologische Fortschritte für wirtschaftliche Vorteile.

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