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Umwelt- und Klimaschutz

Geothermie erfüllt die Kriterien der Nachhaltigkeit und der ökologischen Qualität und birgt auch aus Sicht des Klimaschutzes und der Luftreinhaltung große Vorteile.
Die ökologischen Aspekte der tiefen Geothermie werden von drei Fragestellungen bestimmt:

  • Wie viel CO2 kann bei der Nutzung der Geothermie zur Stromerzeugung eingespart werden?
  • Welche ökologischen Auswirkungen haben der Bau und der Betrieb von geothermischen Kraftwerken auf deren Umgebung?
  • Wie nachhaltig ist die Nutzung geothermischer Ressourcen?

CO2-Einsparpotenzial

Bei der herkömmlichen Stromerzeugung und Wärmebereitstellung aus Kohle, Erdöl oder Erdgas wird bei der Verbrennung CO2 freigesetzt. Werden herkömmlich erzeugter Strom und Wärme durch Erdwärme ersetzt, werden diese CO2 Emissionen eingespart. Wie viel CO2 gegenüber konventionellen Kraftwerken eingespart werden kann, hängt von den zum Vergleich herangezogenen Kraftwerken ab. Kohlekraftwerke zum Beispiel setzen zur Erzeugung von einem Megawatt Strom mehr CO2 frei als Gaskraftwerke. Diese Unterschiede in den Emissionen bestehen auch zwischen Öl und Gasheizungen. Das Umweltbundesamt errechnet in regelmäßigen Abständen die CO2-Bilanz von geothermischen Anlagen und anderen Erneuerbaren Energien.

Umweltbundesamt: Emissionsbilanz Erneuerbarer Energieträger


Umwelteinflüsse der Tiefen Geothermie

Die Umwandlung in Strom oder Nutzwärme ist frei von CO2 - und Rauchgasemissionen wie Russpartikeln, Schwefel- und Stickoxiden. Mit dem Bau von Geothermieanlagen sind, wie auch beim Bau anderer Kraftwerkstypen, bei der Herstellung der Baumaterialien (z. B. Beton und Stahl) sowie bei Transport- und Dienstleistungen CO2-Emissionen verbunden. Diese gilt es vor und während der Baumaßnahmen durch sorgfältige Planung so gering wie möglich zu halten.

Da in den geothermischen Provinzen des Oberrhein Grabens, der Molasse und des norddeutschen Beckens Kohlenwasserstoffe im Untergrund vorhanden sind, muss bei den Bohrungen Vorsorge getroffen werden, dass diese nicht zu Umweltbeeinträchtigungen führen. Die Technologie dazu stammt aus der Erdöl- und Erdgasindustrie und wird auch bei Geothermiebohrungen verwendet.

Bei der petrothermalen Geothermie werden planmäßig geringe Erschütterungen im Untergrund ausgelöst. Dies geschieht durch das Einpressen von Wasser in den Untergrund und das dadurch gewollt verursachte Aufreißen des Gesteins. Durch eine angepasste Vorgehensweise bei dieser so genannten Stimulation sollen größere Erschütterungen vermieden werden. Bei Hydrothermaler Geothermie wird durch Stimulationen die Durchlässigkeit in einem bereits bestehenden Thermalwasserreservoir verbessert. Dabei werden meist geringere Drücke verwendet, was das Risiko eine größere Erschütterung auszulösen, minimiert.

Der Betrieb von Geothermieanlagen ist prinzipiell sehr umweltverträglich. Im Normalbetrieb, wie auch bei Störfällen sind schädliche Umwelteinflüsse von technischer Seite durch die Verwendung von hochwertigen Baumaterialien und einer sehr ausgereiften Technik mit zahlreichen Sicherungseinrichtungen nahezu ausgeschlossen. Das Thermalwasser wird in einem geschlossenen Kreislauf geführt, so dass daraus keinerlei Beeinträchtigungen der Umwelt hervorgerufen werden. Bei einer möglichen Leckage wird der Durchfluss gestoppt, und der undichte Bereich abgesperrt.

Die beim Stromerzeugungsprozess eingesetzten Arbeitsmittel werden im Kraftwerkskreislauf ebenfalls in einem geschlossenen System geführt. Im Falle von Leckagen wird auch hier konstruktive und technische Vorsorge getroffen, so dass die Umwelt nicht belastet wird.

Wie bei jedem thermischen Kraftwerksprozess muss der Kreislauf zur Kondensation des Arbeitsmittels gekühlt werden. Dabei wird Wärme in die Umgebung abgegeben. Bei der Größe der geothermischen Kraftwerke, die in Deutschland gebaut werden, sind diese Wärmeemissionen aber gering und lokal begrenzt. Sie sind in ihrer Größenordnung nicht vergleichbar mit den Kühlungsanforderungen von thermischen Großkraftwerken der Kohle-, Gas- und Atomindustrie.

Die Umweltrelevanz der Tiefen Geothermie wurde mehrfach vom Umweltbundesamt (UBA) untersucht. Unter anderem bestätigt das UBA in der Publikation Tiefe Geothermie – mögliche Umweltauswirkungen infolge hydraulischer und chemischer Stimulationen, dass die Umwelteinflüsse von tiefer Geothermie gering und beherrschbar sind. Die Umwelt- und Klimaschutzeffekte überwiegen demgegenüber deutlich.


Oberflächennahe Geothermie

In der oberflächennahen Geothermie werden heutzutage in den Wärmepumpensystemen nur noch ozonunschädliche Arbeitsmittel mit einem sehr geringen Grundwassergefährdungspotenzial verwendet. Kommen Erdwärmesonden in besonderen Grundwasserschutzzonen zum Einsatz, sind vollständig unbedenkliche Arbeitsmittel vorgeschrieben.

Bei Wärmepumpensystemen ist lediglich der Energiebedarf für den Antrieb zu berücksichtigen. Diese macht bei heutiger Technik etwa 20-25 % der Gesamtheizleistung aus. Dieser Energiebedarf kann über Strom oder Gas gedeckt werden. Wird die Wärmepumpe über rein regenerativ erzeugten Strom betrieben ist die Oberflächennahe Geothermie klimaneutral. 

Beim Einsatz von Erdwärmesonden sind die Belange des Grundwasserschutzes zu berücksichtigen. Tiefliegende Trinkwasserreservoire, die durch eine Sperrschicht von darüber liegenden belasteten Grundwässern getrennt sind, müssen geschützt werden. So ist es potentiell möglich, dass während des Bohrvorganges mit der Durchteufung natürlicher Trennschichten verschiedener Grundwasserstockwerke ein hydraulischer Kurzschluss entsteht und somit eine Vermischung verschiedener Grundwasservorkommen erfolgen kann. Das Anbohren eines artesisch gespannten Grundwasserleiters ist ebenfalls möglich. Um dies auszuschließen halten Bohrunternehmen entsprechende Ausrüstung bereit und führen Sicherheitsmaßnahmen durch.


Nachhaltigkeit

Die im Erdinneren gespeicherte Wärme ist nach menschlichem Ermessen unerschöpflich.

Bei der Tiefen Geothermie werden Thermalwässer und heiße Gesteine in größeren Tiefen genutzt. Je nachdem wie schnell Wärme von unten zugeführt wird, bleibt die Temperatur im genutzten System aus Thermalwasser und heißem Gestein erhalten oder es kühlt sich sehr langsam aus. In Regionen, wie dem Oberrheingraben, in denen durch tief reichende Störungszonen Wärme nachgeführt wird, unterbleibt eine Auskühlung oder sie dauert sehr lange. Mit dem Abstand zwischen Förder- und Injektionsbohrung lässt sich die Größe des Systems und damit die Dauer der Abkühlung beeinflussen. Geothermische Projekte werden so geplant, dass erst nach einem Betrieb von über 30 Jahren mit einer langsam beginnenden Temperaturabsenkung des geförderten Thermalwassers zu rechnen ist. Dafür ist ein Abstand der Bohrungsendpunkte von 2 Kilometern ausreichend.

Auch die Entnahme von Wärmeenergie aus dem Untergrund mittels Erdwärmesonden ist aus ökologischer Sicht unbedenklich. Diese werden so dimensioniert, dass sich die Untergrundtemperaturen in den Sommermonaten regenerieren, in denen die Anlage nicht benutzt wird. Zudem besteht die Möglichkeit den Untergrund als Wärmespeicher zu verwenden, wenn man die Erdwärmesonden im Sommer zur Gebäudekühlung benutzt. Die dem Gebäude hierbei entzogene Wärme wird in die Sonden geleitet und somit das sie umgebende Gestein erwärmt. Die so gespeicherte Wärme kann im Winter nun wieder zum Heizen benutzt werden. Schädliche Auswirkungen sind auch deswegen nicht zu erwarten, weil die relevanten Nutzungstiefen unterhalb der belebten Bodenzone liegen und bei einer nachhaltigen Nutzung die Auskühlungseffekte relativ gering und räumlich sehr begrenzt ausfallen.

Lediglich bei der Nutzung mittels Erdwärmekollektoren, erdberührten Bauteilen (Energiepfähle) und der Grundwassernutzung erfolgt die Abkühlung innerhalb des belebten Untergrundes. Hier können aufgrund der Bodenauskühlung im Winter Verzögerungen des Pflanzenwachstums im Frühjahr auftreten. Dieser Effekt wird jedoch durch die Sonneneinstrahlung weniger Sonnenscheintage schnell wieder ausgeglichen.

Eine gezielte Abkühlung des Grundwassers durch den Einsatz von Erdwärme wäre in urbanen Gebieten sogar vorteilhaft, da hier die Grundwassertemperaturen durch anthropogene Einflüsse wie die Versiegelung von Flächen unnatürlich erhöht sind, zum Teil sogar in einem ökologisch bedenklichen Ausmaß.