Petrothermale Geothermie

Die Nutzung von tief liegenden Wärmereservoiren, welche keine oder nur eine sehr geringe Wasserführung aufweisen, bezeichnet man als petrothermale Systeme.

Im Einsatz petrothermaler Systeme liegt mit etwa 90% der Hauptteil des Potenzials zur geothermischen Stromerzeugung in Deutschland. Aktuelle Petrothermal-Projekte sind das EU-Forschungsprojekt Soultz-sous-Foret sowie die aktuell ruhenden Projekte Bad Urach und Basel.

Als Reservoirformationen können hier Kristallin- und dicht gelagerte Sedimentgesteine in ausreichender Tiefe und mit entsprechend hohen Temperaturen (mehr als 150 °C) dienen.
Die Erschließung erfolgt über zwei oder mehr Bohrungen, welche in tief liegende dichte Gesteine geführt werden. Durch Stimulationsmaßnahmen werden künstliche Wasserwegsamkeiten geschaffen.

Für die Nutzung petrothermaler Geothermie werden verschiedene Begriffe verwendet. Durchgesetzt hat sich im europäischen Raum der Ausdruck „Enhanced Geothermal System“ (EGS), zu deutsch etwa „Verbesserte geothermische Systeme“. Im amerikanischen Raum ist der Begriff „Engineered Geothermal Systems“ (ebenfalls EGS) im Gebrauch. Unter diesen Begriff fallen auch die Projekte, bei denen eine geringe natürliche Durchlässigkeit mittels massiver Stimulation erhöht wird. Veraltet und technisch überholt sind die Begriffe Hot-Dry-Rock (HDR), Hot-Wet-Rock (HWR) und Deep Heat Mining (DHM). Das letztere erweckt den Eindruck, dass ähnlich wie bei einer mineralischen Lagerstätte eine „Ausbeutung“ erfolgt und kein Bodenschatz mehr verbleibt. Dies ist im Falle der Geothermie nicht richtig, da die Ressource nach menschlichem Ermessen unendlich zur Verfügung steht.  

Die hydraulische Stimulation (hydraulic fracturing) stellt mit der Aufweitung bestehender Klüfte und dem künstlichen Aufbrechen des kompakten Gesteins den maßgeblichen Teil der Erschließungstechnik dar. Dies wird jeweils über das Verpressen von Wasser in großen Mengen und unter hohen Drücken in das Gestein erreicht. Durch das Einpressen von kaltem Wasser wird das Gestein abgekühlt, die damit einhergehende Kontraktion desselben unterstützt das Aufreißen von Klüften.
Die hydraulische Stimulation stellt nur eine der möglichen Stimulationsverfahren dar. Mittels chemischer Stimulation unter Einsatz z.B. von Säuren, lassen sich Klüfte in löslichen Gesteinen, wie zum Beispiel kalkhaltige Gesteine, vergrößern und Bohrklein und Beläge entfernen.

Der Wärmeentzug erfolgt über zirkulierendes Wasser, welches dem künstlich erweiterten oder gänzlich neu erschaffenen Kluftsystem über die Injektionsbohrung zugeführt wird und dort Wärme aus dem Gestein aufnimmt. Das aufgeheizte Wasser wird über die Förderbohrung an die Oberfläche gebracht, wo es der Energieerzeugung dient und anschließend über die Injektionsbohrung erneut dem Kreislauf zugeführt wird.