Quelle: Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Geothermie: Unser Planet ist Energie

Geothermie (Erdwärme) ist die unterhalb der festen Oberfläche der Erde gespeicherte Wärmeenergie. Je tiefer man in das Innere der Erde vordringt, desto wärmer wird es. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur um etwa 3 °C pro 100 Meter Tiefe zu. Man geht davon aus, dass im Erdkern Temperaturen von etwa 5.000 - 7.000 °C erreicht werden. Diese in der Erde gespeicherte Wärme ist nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich.

Aus dem Innern unseres Planeten steigt ein ständiger Strom von Energie an die Oberfläche. Die Erde strahlt täglich etwa viermal mehr Energie in den Weltraum ab, als wir Menschen derzeit an Energie verbrauchen. 30% des an die Erdoberfläche steigenden Energiestroms kommen aus dem heißen Erdkern selbst. 70% entstehen durch den ständigen Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente in Erdmantel und Erdkruste.

Überblick über Oberflächennahe und Tiefe Geothermie

Je nach Tiefe der Bohrung unterscheidet man zwei Arten der Geothermie: Oberflächennahe Geothermie und Tiefe Geothermie.

Quelle: AEE

Oberflächennahe Geothermie

Die Oberflächennahe Geothermie nutzt Bohrungen bis ca. 400 Meter Tiefe und Temperaturen bis 25 °C für das Beheizen und Kühlen von Gebäuden, technischen Anlagen oder Infrastruktureinrichtungen. Die Wärme wird also aus dem oberflächennahen Untergrund gewonnen. Dabei wird zunächst meist ein Wärmetauscher eingesetzt. Das bedeutet, Wasser oder eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert in einem geschlossenen Rohrsystem im Untergrund und nimmt die Wärme aus dem Boden auf. Diese Wärme wird an der Oberfläche an die Wärmepumpe abgegeben und durch sie auf das zum Heizen notwendige Temperaturniveau gebracht. Der Untergrund kann aber auch direkt als Quelle für Klimakälte genutzt werden, was eine aufwendige Kälteerzeugung in Klimaanlagen spart. Typische Systeme der Oberflächennahen Geothermie sind Erdkollektoren, Erdwärmesonden, Grundwasserbrunnen oder auch erdberührte Betonbauteile ("Energiepfähle"). Derzeit sind in Deutschland rund 316.000 oberflächennahe Geothermieanlagen in Betrieb und jedes Jahr kommen zahlreiche hinzu (Neuinstallationen 2014: 18.500 Anlagen). Die Funktionsweise dieser Anlagen erklärt anschaulich auch diese Animation der Agentur für Erneuerbare Energien.

Umfassende Informationen, wie Oberflächennahe Geothermie auch für das eigene Haus genutzt werden kann, finden Sie in der Broschüre „Erdwärme - Tipps für Hausbesitzer und Bauherren“ des Bundesverbandes Geothermie. Das Heft ist im Oktober 2013 in seiner 12. Auflage erschienen und kann kostenlos beim Verband bezogen oder hier als pdf-Dokument heruntergeladen werden. 

Die tiefengeothermischen Regionen Deutschlands. Aquifere mit Temperaturen über 60°C = orange, über 100°C =rot. (BMU-Broschüre 2010 „Nutzungsmöglichkeiten der tiefen Geothermie in Deutschland“)

Tiefe Geothermie

In der Tiefen Geothermie sind hydrothermale und petrothermale Systeme zu unterscheiden. Hydrothermale Systeme setzen im Untergrund an wasserführenden Schichten (Aquiferen) an und nutzen dieses Thermalwasser zur Energiegewinnung. Unter dem Begriff des petrothermalen Systems versteht man die Nutzung heißen Tiefengesteins, welches im Wesentlichen frei von zirkulierenden Thermalwässern ist. Der weitaus überwiegende Teil der geothermischen Ressourcen Deutschlands ist in den petrothermalen Ressourcen des tiefen Kristallingesteins gespeichert. Diese Ressourcen können unter derzeitigen technisch-wirtschaftlichen Bedingungen jedoch erst begrenzt genutzt werden. Hingegen sind hydrothermale Reservoire in Deutschland bereits in großer Zahl erschlossen. Sie befinden sich in Deutschland in drei Regionen: dem Oberrheingraben, dem Molassebecken und dem Norddeutschen Becken.

Die Nutzung der hydrothermalen Geothermie erfolgt in Deutschland bisher ausschließlich über so genannte Dubletten-Systeme. Diese Anlagen bestehen aus einer Förder- und einer Reinjektionsbohrung. Durch die  Förderbohrung wird das heiße Thermalwasser aus dem Untergrund transportiert. An der Oberfläche wird ein Teil seiner geothermischen Wärme durch einen Wärmeübertrager ausgekoppelt und zur Stromerzeugung bzw. Wärmeversorgung eingesetzt. Das dadurch abgekühlte Thermalwasser wird anschließend über die Reinjektionsbohrung wieder in den Untergrund reinjiziert. 

Dubletten-System in der Tiefengeothermie bestehend aus einer Förderbohrung (links) und einer Reinjektionsbohrung (rechts), Quelle: GFZ

Was sind die Vorteile dieser Energiequelle?

Geothermieanlage in München-Riem

Geothermie ist nicht nur landschaftsschonend, kohlendioxidarm und nach menschlichem Ermessen unerschöpflich. Sie stellt ihre Energie darüber hinaus zuverlässig, grundlastfähig und zu stabilen Preisen zur Verfügung. Geothermie ist für den Verbraucher immer verfügbar, rund um die Uhr, wetterunabhängig und zu jeder Jahreszeit. Mit den bereits entwickelten Technologien ist es praktisch überall möglich, das Potenzial der Erdwärme zu nutzen: Geothermie ist Energie vor Ort.

Durch die heute bekannten Ressourcen der hydrothermalen Tiefen Geothermie könnten etwa 29 % des deutschen Wärmebedarfs, mit denen der oberflächennahen Geothermie noch einmal etwa 28 % gedeckt werden. Zur Nutzung in petrothermalen Systemen steht im Tiefenbereich von 3.000 – 7.000 Metern unter der Fläche der Bundesrepublik so viel Energie zur Verfügung, dass Deutschland sich damit für ca. 10.000 Jahre komplett mit Strom und Wärme versorgen könnte.

Es ist ganz einfach: Unser Planet kennt keine Energiekrise.

Nutzung der Geothermie in Deutschland

(wenn nicht anders angegeben Stand März 2014)

Da die Nutzung der Oberflächennahen Geothermie in ganz Deutschland auch für private Hausbesitzer auf dem eigenen Grundstück möglich ist, wurden bereits rund 318.000 solcher Systeme realisiert – und jedes Jahr kommen zahlreiche Anlagen hinzu. Eine Übersicht, wie weit die Nutzung Oberflächennaher Geothermie in den einzelnen Bundesländern Deutschlands verbreitet ist, können Sie in den jährlichen Ranglisten der erdwärmeLIGA einsehen.

Tiefe Geothermieprojekte werden zur Wärmeversorgung ganzer Ortschaften und Stadtteile eingesetzt bzw. in einigen Fällen sogar zur Erzeugung von Strom. Entsprechend sind die Projekte auch weitaus umfangreicher in der Vorbereitung und Umsetzung. Hinzu kommt, dass bislang vor allem die hydrothermalen Reservoire Deutschlands erschlossen werden konnten. Die 26 bis heute realisierten Projekte befinden sich daher zum größten Teil im süddeutschen Molassebecken sowie auch im Norddeutschen Becken und im Oberrheingraben. Weitere 10 Anlagen werden jedoch bereits gebaut bzw. gebohrt und 35 befinden sich in der Planung. Die Nutzung des immensen Potenzials der Tiefen Geothermie in Deutschland wird also weiter vorankommen. Eine aktuelle Übersichtsliste der tiefen Geothermieprojekte in Deutschland finden Sie hier.

 

Nutzung der Geothermie weltweit

Zahlen zur weltweiten Nutzung der Geothermie finden Sie hier oder auf den Seiten des Geothermischen Weltverbandes IGA – International Geothermal Association

 

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