Geothermie

Geothermie ist in Deutschland längst nicht mehr reine Zukunftsmusik: Im Schwarzwald dienen die heißen Gesteine im Inneren einst aktiver Vulkane als Wärmetauscher und damit zur Stromerzeugung. Grundwasserleiter unter dem Berliner Reichstagsgebäude sorgen für sommerliche Kühlung und winterlich wohlige Wärme.

Dass es im Erdkern heiß ist, weiß wohl jedes Kind – schließlich gibt es ja auch noch heute aktive Vulkane. Extrem hohe Temperaturen herrschen jedoch bereits wenige hundert Meter unter der Erdoberfläche – und bergen ein enormes Energiepotenzial. In rund 3.500 Meter Tiefe werden die zur kommerziellen Nutzung nötigen 100 Grad Celsius erreicht. In Deutschland ließen sich nach Angaben des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) bis zu 60 Prozent des derzeitigen Wärmebedarfs durch geothermische Energie decken. Praktisch sieht es jedoch ganz anders aus: Die geologischen Bedingungen sind nicht überall gleich gut, die Wärme im Erdinneren ist ungleich verteilt. Wirtschaftlich nutzbar dank unterirdischer „Wärmeanomalien“ sind daher nur der Oberrheingraben und Bereiche der Norddeutschen Tiefebene. Hier wird entsprechend tief gebohrt, um an den heißen Speicher unseres Planeten zu gelangen. Die Verfahren zur Nutzung der Erdwärme als Energiespeicher sind in den vergangenen 20 Jahren stetig verbessert, die Effizienzen gesteigert worden.

Ernsthafte Alternative

Vor allem in der Wärmegewinnung stellt Geothermie eine ernsthafte Alternative dar. So hat die tiefe Geothermie bereits heute einen Anteil von 0,01 Prozent am Wärmeendenergieverbrauch, oberflächennahe Geothermie 0,1 Prozent. Im Hinblick auf das Gesamtziel für die Wärmeerzeugung durch erneuerbare Energien, welches bei 12 Prozent im Jahr 2020 liegt, steckt die Geothermie zwar noch in den Kinderschuhen, tendenziell geht die Entwicklung jedoch rasant voran. „Die Wärme aus dem Erdinneren hat den entscheidenden Vorteil, dass sie uns unabhängig von Klima und Wetter rund um die Uhr zur Verfügung steht. Deshalb ist die Erschließung der Geothermie ein viel versprechender Baustein bei der Nutzung der erneuerbaren Energien. Sie eignet sich hervorragend zur Bereitstellung von Grundlast in der Stromerzeugung. Der Ausbau der Geothermie ist daher entscheidend dafür, den Atomausstieg bis 2020 umzusetzen und gleichzeitig die Klimaziele zu erreichen“, erklärt Reinhard Loske vom Bündnis 90/Die Grünen in seiner Rolle als Mitglied im Ausschuss für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. Bereits heute beziehen zahlreiche Privathaushalte via Erdwärmesonden ihre Heizenergie aus der Erdoberfläche. Erfolgsmeldungen aus Unterhaching, Offenbach oder auch Bad Urach bürgen zudem für ein industriell nutzbares Potenzial der Erdwärme in mehreren Kilometern Tiefe. 

Trockene Wärme auf nassen Pfaden

Wo Vulkane einst dampften, heißes Magma hervorquoll und die Erde grollte, wo später Thermalwasser Bad Urach im Schwarzwald namentlich zum Kurort veredelte, entwickelten Forscher ein neues Verfahren zur Nutzung der im Erdinneren brodelnden Energie. Im Gegensatz zu den bisherigen hydrothermalen Techniken, welche auf wasserführende Grundwasserleiter, sogenannte Aquifere, angewiesen sind, wird beim sogenannten Hot-Dry-Rock-Verfahren, kurz HDR, erst einmal Wasser unter hohem Druck ins Erdinnere gepresst. Damit erweitert sich das kristalline Gestein, das eindringende Wasser zirkuliert somit wie in einem „natürlichen“ Röhrensystem und nimmt die Gesteinswärme auf. Zurück zur Erdoberfläche gelangt das mit Wärmeenergie beladene, über 175 Grad Celsius heiße Wasser über eine zweite Bohrleitung via eigener Auftriebskraft, wo es in einem Turbinenkraftwerk zur Stromerzeugung genutzt wird.

Auch ehemalige Thermalquellen kommen bei diesem Verfahren erneut zum Zuge, um den Wasserverlust beim Einleiten zu reduzieren, denn beim Einleiten von externem Wasser versickert ein Großteil im Gestein und „verschwindet“ für immer. Bei der Nutzung des Tiefenwassers ist der Kreislauf ein geschlossener. Auf diese Weise wird die Effizienz der Anlage damit enorm gesteigert.

Warme Füße im Berliner Reichstag …

Im Berliner Reichstag greift man ebenfalls auf bestehende Grundwasserleiter zurück. Mit diesem durch und durch nassen Verfahren zur Nutzung überschüssiger Energie gelingt es, bis zu 77 Prozent der eingelagerten Wärme aus dem Sommer für die Heizung im Winter zurück zu gewinnen. Im Umkehrzug werden etwa 93 Prozent der ebenfalls eingelagerten Winterkälte für die Gebäudekühlung im Sommer verwendet. Als „Basisheizwerk“ und auch zur Stromversorgung arbeiten im Berliner Reichstag zwei mit Pflanzenöl betriebene Blockheizkraftwerke. Deren überschüssige sommerliche Abwärme wird in Form heißen Wassers in einen etwa 300 Meter tiefen Aquifer eingespeist und bis zum nächsten Winter „warm gehalten“. Eine Pumpe entlädt diesen anfangs etwa 70 Grad Celsius heißen Wärmespeicher nach Heizbedarf mit Wassertemperaturen von immerhin noch bis zu 65 Grad Celsius.

... und kühle Köpfe

Über einen frostigen Winter müsste man sich in Berlin – wenn nicht gar bundesweit – eigentlich freuen, denn mit der natürlichen winterlichen Umgebungstemperatur wird das Wasser des Langzeitspeichers unter dem Reichstagsgebäude gekühlt, um damit im Sommer für angenehm kühle Temperaturen bei hitzigen Debatten zu sorgen. Das entnommene, auf etwa 5 Grad Celsius abgekühlte Wasser wird über einen zweiten Aquifer in den Untergrund zurückgeleitet und im Sommer mit einer maximalen Temperatur von 10 Grad Celsius wieder nach oben gepumpt, wo es zwei Hochtemperatur-Kühlsysteme mit Kälte beliefert.

Die „Berliner“ Idee wird auch in Rostock und Neubrandenburg umgesetzt, schließlich sind die Investitionskosten im Vergleich zu bisherigen Langzeitspeichersystemen (125 bis 3.000 Euro pro Kubikmeter) mit nur rund 25 Euro pro Kubikmeter unverhältnismäßig gering. Die Kombination verschiedener Techniken zur Erschließung erneuerbarer Energiequellen – in diesem Falle liefern zum Teil Sonnenkollektoren die Wärmeenergie – ist zukunftweisend. Bislang standen geologische Hürden einem Durchbruch der Geothermie im Wege. Die derzeit erfolgreichen Pilotprojekte und die voranschreitende technische Entwicklung werden vielleicht alsbald für eine Trendwende sorgen.