Die in der Erdkruste gespeicherte Wärme bezeichnet man als Geothermie. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen und genutzt werden kann. Geothermie stammt zum Teil aus der Erdentstehung, zum anderen aus radioaktiven Zerfallsprozessen, die in der Erde seit Millionen von Jahren Wärme in der Erdkruste erzeugten und auch noch heute erzeugen.
Bergleute wussten schon lange, dass in größerer Tiefe Wärmequellen vorhanden sind. Weitere Zeugen für das heiße Erdinnere sind Geysire und Vulkane, welche die Erdwärme regelmäßig nach außen tragen.



Funktionsweise der Geothermie

Erdwärme kann aus unterschiedlichen Tiefen entnommen werden. Bis etwa einige 100 m nutzt man endkoppelte Wärmepumpen und tiefe Erdsonden. In größeren Tiefen werden vorhandene Warmwasser-Schichten durch hydrothermale Geothermie erschlossen. Um auch die Wärme des tiefsten kristallinen Gesteins zu nutzen, wurde das Hot-Dry-Rock Verfahren entwickelt. Besonders geeignet zur Wärmenutzung sind vulkanisch aktive Gegenden. Hier liegt die Wärme schon in geringer Tiefe auf einem relativ hohen Temperaturniveau, was Geld und Zeit bei der Erschließung spart.

Geothermische Kraftwerke

Weltweit gibt es mittlerweile über 250 geothermische Kraftwerke mit einer Gesamtleistung von 8000 bis 9000 Megawatt, was einer Stromproduktion von ungefähr neun Atomkraftwerken entspricht. Der größte Kraftwerkkomplex steht in den USA, Kalifornien, und nennt sich "The Geysers". Es hat eine Leistung von 750 MW.

Deutschlands erstes Geothermie-Kraftwerk steht in Neustadt-Glewe in Mecklenburg-Vorpommern. Es liefert seit November 2003 Wärme und Strom an rund 500 Haushalte. Auch in Unterhaching ist seit 2006 ein Geothermie-Kraftwerk in Bau. Mit einer elektrischen Leistung von bis zu fünf Megawatt soll es nach Inbetriebnahme ab 2008 bis zu 20.000 Haushalte mit Strom und Wärme versorgen.

Ein deutsch-französisches Pilotprojekt in einem kleinen elsässischen Dorf namens Soultz-sous-Forêts testet das Hot-Dry-Rock-Verfahren und untersucht gleichzeitig, welche geologischen Untergrundveränderungen auftreten können, wenn man mit hohem Druck in 5000 m Tiefe Granit-Gestein sprengt, um für ein größeres Fließsystem zu sorgen.

Erdwärmeheizung für Privathaushalte

Das Prinzip der Erdwärmeheizung funktioniert auf einfache Weise: Unterhalb der Frostgrenze ab etwa 1 bis 1,5 Meter Tiefe ist die Temperatur des Erdreiches mit etwa 10°C nahezu konstant. Ein Wasserkreislauf, der durch das Erdreich führt, und eine elektrische Wärmepumpe genügen, um diese Temperatur fürs Heizen zu nutzen. Im Sommer dagegen kann dieses System unverändert für die Raumkühlung genutzt werden. Das Wasser aus dem Erdreich fließt in diesem Fall nicht über die Wärmepumpe, sondern gelangt direkt durch die Heizkörper oder fließt durch Leitungen im Fußboden. Das kühlt den Raum an heißen Tagen um einige Grad ab.

Der Einsatz elektrisch betriebener Wärmepumpen ist auf Grund des hohen Anteils fossiler Energieträger für die Stromproduktion nicht unproblematisch. Hier ist auf eine optimale Auslegung des Gesamtsystems zu achten und damit auf einen hohen Wirkungsgrad. Dieser heißt bei der Wärmepumpentechnik Jahresarbeitszahl und sollte einen größeren Wert als 3,0 betragen, um zur CO2-Einsparung beizutragen.

Geothermie an Schulen

In der Grund- und Hauptschule Reichertshausen in Bayern wurde im Sommer 2005 eine Geothermieanlage in Betrieb genommen. Die 1969 mit dem Bau der Schule erichtete Ölheizung war sanierungsbedürftig und wurde kurzerhand durch eine Heizungsanlage mit Erdwärmekollektoren ersetzt. Bei diesem Heizungsprinzip werden großflächig Erdwärmekollektoren horizontal 1-1,5 m unter der Erde verlegt. Die für den Wärmeentzug relevante Wärme der Erde ist gespeicherte Sonnenenergie, die durch direkte Einstrahlung, durch Wärmeübertragung aus der Luft und durch Niederschläge in das Erdreich übergeht. Durch die Auswechslung des Heizsystems spart die Schule jährlich 86% oder umgerechnet 166 Tonnen der CO2 - Emissionen. Insgesamt spielt die Geothermie bei der Gebäudeheizung in Schulen aber nur eine kleine Rolle.

Zukunft der Geothermie

Um die Energiebereitstellung aus Erdwärme, insbesondere auch die Stromerzeugung aus Geothermie, voranzubringen, ist eine intensive Forschung und Entwicklung erforderlich. Das technische Potenzial ist zwar hoch, eine breite wirtschaftliche Nutzung ist aber noch nicht absehbar. Mit zunehmendem Anteil von erneuerbaren Energien und Kraft-Wärme-Kopplung an der zukünftigen Stromerzeugung wird auch aus ökologischer Sicht die elektrische Wärmepumpe zunehmend interessanter.

Literaturhinweis:
Das 4-seitige BINE-Infoblatt "basisEnergie - Geothermie " erklärt Grundlagen und Technik der Geothermie. In einfacher Weise wird erklärt wie aus Erdwärme Energie gewonnen werden kann und wo die zukünftigen Chancen der Geothermie sitzen. Eine pdf-Version finden Sie hier: BINE_Geothermie.pdf

Projektinfo 04/09: Geothermische Stromerzeugung in Soultz-sous-Forêts
Die 4-seitige Broschüre informiert über das geothermische Kraftwerk nahe dem elsässischen Ort Soultz-sous-Forêts, das im Sommer 2008 den Probebetrieb aufnahm und die in Tiefengesteinen gespeicherte Wärme nutzt. Eine pdf-Version finden Sie hier: BINE_Geothermie_Soultz-sous-Forêts.pdf