Geothermie

Geothermie nutzt Wärme als Energiequelle. Diese Wärme wird in der Erdkruste durch ständige geologische Prozesse erzeugt.

Geothermie: Definition

Eine verhältnismäßig junge Energieform unter den Erneuerbaren Energien ist die Geothermie. Sie nutzt die in der Erdkruste durch die Erdentstehung und durch ständige geologische Prozesse erzeugte Wärme als Energiequelle für verschiedene Einsatzzwecke.

Wenn nicht direkt durch Tiefbohrungen an bestimmten, geographischen Orten auf die heißeren Schichten der Erde zurückgegriffen werden kann, zur Montage eines zentralen Geothermie-Kraftwerkes, sind Wärmepumpen notwendig, um ähnlich wie bei der Energie aus Luftwärme sehr geringe Temperaturunterschiede von wenigen Graden zwischen der Oberfläche und der in der Erde verlegten Rohrleitung zu nutzen.

Funktionsweise

Zur Erzeugung von Energie aus Geothermie werden im Allgemeinen Erdsonden von einigen Metern bis zu mehr als 3000 Metern Tiefe (in der Tiefen-Geothermie) gebohrt, in denen eine technische Flüssigkeit („Fluid“) zirkuliert. Dieser Flüssigkeit wird im Kraftwerk die Wärmeenergie entzogen, bevor sie wieder dem Kreislauf zugeführt wird.

Bei oberflächennaher Geothermie, wie sie insbesondere bei privaten Projekten und zur Beheizung von Einfamilienhäusern üblich ist, werden entweder kurze Erdsonden oder auch Energiepfähle oder Erdwärmekollektoren verwendet, die analog zu Sonnenkollektoren mit einem Röhrensystem ausgestattet sind, durch das ein Medium fließt.

Neben der Wärmeerzeugung für Heizungszwecke ist auch die Kraft-Wärme-Kopplung möglich. Industriekraftwerke nutzen gleichzeitig die benötigte mechanische Energie und die entstehende Abwärme, die nicht, wie bei konventionellen Kraftwerken, verloren geht bzw. sogar per Luft- oder Wasserkühlung abgeführt werden muss, sondern im Gegenteil als Nah- oder Fernwärme dem öffentlichen Heizungsnetz zugeführt wird.

Schließlich ist auch die reine Stromerzeugung über Gasturbinen möglich, diese benötigen normalerweise eine Mindesttemperatur des Dampfgemisches von 150 Grad. Moderne Anlagen mit ORC-Technik arbeiten mit organischen Medien, die einen niedrigeren Dampfpunkt von etwa 80 Grad haben.

Praktischer Einsatz

Während Länder mit hohen Geothermie-Reserven wie zum Beispiel Island, Japan oder USA bereits seit langem einen starken Nutzen aus der Geothermie ziehen, ist es interessant, dass die beiden größten Geothermie-Produzenten weltweit, China und Schweden, mit 43,373 TJ bzw. 36.000 TJ eher Länder mit geologisch weniger optimalen Bedingungen sind. Kompensiert wurde dies durch die konsequente Förderung und den Ausbau des Geothermie-Netzes.

In Deutschland sind derzeit nur 37 Tiefen-Kraftwerke mit einer installierten Wärmeleistung von 336,51 MW und einer elektrischen Leistung von 37,13 MW in Betrieb. Eine weit größere Rolle spielt die oberflächennahe Geothermie, die sich besonders im privaten Bereich sowie bei Gewerbebetrieben als Alternative in der Heizenergie-Erzeugung etabliert hat. Über 400.000 installierte Anlagen produzieren eine Gesamtleistung von etwa 4.400 MW (Bundesverband Geothermie, Stand 2019).

Der große Vorteil der Geothermie liegt in der völligen Unabhängigkeit von Wetter, Jahreszeit und Tageszeit. Jederzeit, auch im tiefsten Winter, reicht eine minimale Temperaturdifferenz zwischen etwa einem Meter Tiefe und der Erdoberfläche, um ganzjährig Wärme zu entziehen. In Breiten mit milden Wintern werden Erdkollektoren sogar in nur 20 cm Tiefe verlegt. Eine Wärmepumpe erhöht dann das Energieniveau auf eine für die Heizung notwendige Temperatur.

Auswirkungen auf die Umwelt

Im Gegensatz zu allen vorgenannten Erneuerbaren Energien sind die Auswirkungen der Geothermie auf die Umwelt praktisch Null. Weder sind große technische, oberirdische Installationen notwendig, noch kommt es zu Emissionen oder Eingriffen in die Landschaft. Eine im menschlichen Zeithorizont unendlich verfügbare Energiequelle wird unterirdisch abgegriffen und direkt als Wärme oder Strom genutzt. Daher kann man die Geothermie zurecht als saubere Energie bezeichnen.