Geothermie - Die Kraft der Zukunft?

Geothermie - Die Kraft der Zukunft?

Erdwärme ist eine Energiequelle mit großer Kraft, mit der die Wärme der Erde genutzt werden kann. Sie birgt großes Potential, aber auch Gefahr.

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Die Hauptanwendung der Geothermie liegt in der Wärmegewinnung, doch es ist auch möglich mit einer geothermischen Anlage elektrische Energie zu produzieren.

Achtung, Verwechslungsgefahr: Erdwärme ist nicht das gleiche wie die Fernwärme.

Energiepotenzial unter der Erde

Zumindest theoretisch ruht ein unfassbar großes Energiepotenzial unter der Erdoberfläche: die Erdwärme. Diese stammt aus dem Zerfall natürlicher Radionuklide in Gesteinen der Erdkruste, sowie aus dem Wärmeaustausch mit dem tieferen Erdmantel. Zwar sind 99% des Erdvolumens heißer als 1000 °C, wir können derzeit aber nur ein Bruchteil davon technisch nutzen. Das liegt unter anderem daran, dass wir nur einen geringen Teil erreichen. Mittels Bohrungen können wir den Tiefenbereich von wenigen Metern bis derzeit etwa 5 km Tiefe erreichen. Der Ausbaugrad der Geothermie ist sehr gering. Nur etwa 7% aller bekannten natürlichen Heißwasservorkommen werden derzeit genutzt.

Um die Wärme im Festgestein oder Tiefenwasser nutzen zu können, werden unterirdische Wärmetauscher benötigt. Dabei gibt es sowohl geschlossene Systeme (etwa Schlauchkreisläufe) als auch offene Systeme (zum Beispiel Grundwasser- oder Thermalwasserbohrungen).

Auch unterscheidet man direkte und indirekte Geothermie:

  • Direkte Geothermie: Schon im antiken Rom wurden Thermalquellen genutzt, etwa für die Bäder, um die großen Badehallen und deren Becken zu heizen. Direkte Nutzung ist besonders dann vorteilhaft, wenn nicht zu hohe Temperaturen benötigt werden. Das kann etwa bei der Warmwasserheizung oder bei der Tierzucht der Fall sein. In Österreich sind über 70.000 Erdwärmepumpen installiert.

  • Indirekte Geothermie: Die indirekte Nutzung der Geothermie ist hingegen technisch wesentlich aufwändiger und eignet sich auch für die Stromerzeugung. Hierfür werden Bohrungen in teils großer Tiefe benötigt. Je näher die Hochtemperaturen an der Oberfläche sind, desto einfacher ist es. So etwa in den vulkanischen Regionen Island, Indonesien oder Neuseeland. Diese Länder haben aktive Vulkane, deren Wärme mit vergleichsweise geringem Aufwand ermöglicht Geothermie zu nutzen.

In Österreich gibt es kaum Stellen, an denen geothermal direkt unter der Erdoberfläche im größeren Stil Strom erzeugt werden könnte. Deshalb müssten Bohrungen in großer Tiefe durchgeführt werden. Bei uns gibt es nur neun geothermische Wärmeheizwerke mit einer Gesamtleistung von ca. 95 MW, von denen aber nur an zwei Standorten auch elektrische Energie erzeugt wird - wobei die installierte Gesamtleistung beider Anlagen mit 1,2 MW sehr gering ist.

Geothermische Kraftwerke

Prinzipiell funktionieren alle Kraftwerke der Geothermie nach einem Prinzip: Durch Dampf wird eine Turbine angetrieben, die Strom herstellt. Auf gleicher Basis funktioniert auch ein Wärmekraftwerk. Dabei verfügen diese Kraftwerke über enormes Potenzial, allerdings nur, wenn sich der Standort eignet.

Das Trockendampf-Kraftwerk

In der Vergangenheit etablierten sich mehrere Typen von Geothermie-Kraftwerken. Der älteste Typ ist das Trockendampf-Kraftwerk. Die Funktionsweise ist einfach: Man pumpt kaltes Wasser in die Tiefe, das auf heißes Gestein trifft. Das verwandelt sich in heißen Dampf, der aufsteigt und in eine Dampf-Turbine geleitet wird. So kann durch heißen Dampf aus mehreren tausend Metern mittels einer Turbine Strom erzeugt werden.

Voraussetzung für die Trockendampf-Anlage sind eine Temperatur des aufsteigenden Dampfs von mindestens 180 Grad Celsius. Außerdem ist die Auslastung des Kraftwerks begrenzt. Es darf nicht zu viel kaltes Wasser auf einmal auf das Gestein treffen, weil es sonst zu einer Abkühlung kommt.

Das Entspannungsdampf-Kraftwerk

Eine andere Option ist ein Entspannungsdampf-Kraftwerk. Wie beim Trockendampf-Kraftwerk werden zwei Bohrungen vorgenommen. Hier wird 180 Grad Celsius heißes Wasser in die Tiefe gepumpt, dass bei der Produktionsbohrung großteils in Form von Wasserdampf wieder aufsteigt. In einem längeren System wird das Wasser an der Oberfläche weitergeleitet. Hier sinkt der Pumpdruck weiter, wodurch noch mehr Wasserdampf entsteht. Schlussendlich wird der Wasserdampf durch eine Turbine geschleust, welche wiederum Strom erzeugt.

Der Dampf und das flüssige Wasser wird im finalen Schritt durch einen Kondensator geschleust und wieder erhitzt in die Injektionsbohrung gepumpt. So wird die geothermische Stelle nicht verbraucht. Vorteilhaft ist das Entspannungsdampf-Kraftwerk für die Stromerzeugung nur, wenn bereits heißes Wasser (180°C ist notwendig) an der Oberfläche natürlich vorhanden ist.

Das Binär-Kreislauf-Kraftwerk

Ganz ähnlich dem Entspannungsdampf-Kraftwerk funktioniert das Binär-Kreislauf-Kraftwerk. Der Unterschied ist jedoch, dass mit geringeren Temperaturen gearbeitet werden kann. Bereits bei Wasser mit einer Temperatur von 57 Grad Celsius funktioniert die Anlage. Genutzt wird jedoch eine zweite Flüssigkeit, die einen geringeren Siedepunkt hat. Das kann zum Beispiel Pentan, Butan oder Iso-Butan sein. Sie wird mit dem heißen Wasser vermischt und in die Tiefe gepumpt. Dank des niedrigeren Siedepunkts steigt das Gemisch auf. Die Zweitflüssigkeit kann dann zum Antrieb einer Turbine genutzt werden.

Diese Variante ist eher für Tiefen mit vergleichsweise geringeren Temperaturen geeignet. Die Zweitflüssigkeit bietet jedoch auch hier die Möglichkeit, noch relativ günstige Gelegenheiten zur nachhaltigen Herstellung von Strom zu nutzen.

Eine zukunftsweisende Technologie?

Die Vorteile der Geothermie-Kraftwerke liegen darin, dass Strom erzeugt werden kann, ohne die Umwelt zu schädigen oder endliche Ressourcen abzubauen. Bei allen Typen von Kraftwerken entsteht kein CO2 bei der Stromerzeugung. Dank langjähriger Erfahrung kommt es kaum vor, dass es zu einer zu starken Abkühlung des Gesteins in der Tiefe kommt, die die Produktion stoppt.

Probleme der Geothermie

Die nötigen Injektions- und Produktionsbohrungen verursachen kleine Erdbeben. Dadurch kann es zu Rissen in den Häusern und signifikantem Sachschaden kommen. So etwa im bayerischen Staufen, bei der eine Bohrung eine Verbindung zwischen dem tiefer liegenden, unter Druck stehenden Grundwasser und einem in Gipskeuperschicht gebettetem, höher liegenden Calciumsulfat schuf. Resultat war die Entstehung von Gips, die eine Ausdehnung der Masse um 60 Prozent bewirkte. So wurde der Stadtkern um 60 Zentimeter angehoben, sowie um 40 Zentimeter nordwärts verschoben. Dabei wurden über 270 Häuser beschädigt, der Sachschaden beträgt mehr als 50 Millionen Euro.

Risikobehafteter als andere

Im Gegensatz zur Solarindustrie oder der Windkraft, trägt die Geothermie ein bedenkliches Risiko für Sachschäden durch Erdbeben in sich. Zwar wird sie teilweise für Wärmepumpen für private Haushalte genutzt, doch die Sorge bei größeren Projekten zur Stromerzeugung bleibt.

( Zuletzt aktualisiert: 09.05.2023. Ursprünglich veröffentlicht: 12.01.2023 )

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Über die Autorin
Geschrieben von Mag. Victoria Breitsprecher, MA
Mag. Victoria Breitsprecher, MA
Victoria ist technische Redakteurin bei tarife.at. Sie bringt hochkomplizierte, technische Begriffe in eine verständliche Sprache. Unterstützung bekommt die Technik-Liebhaberin von ihrem Büro-Hund, Herr Baron 🐶.

Häufige Fragen zum Thema Geothermie - Die Kraft der Zukunft?

Was ist Geothermie?

Geothermie oder Erdwärme ist eine Energiequelle mit großer Kraft, mit der die Wärme der Erde genutzt werden kann. Sie birgt großes Potential, aber auch Gefahr. Mit der Fernwärme hat sie aber nichts zu tun.

Erdwärme stammt aus dem Zerfall natürlicher Radionuklide in Gesteinen der Erdkruste, sowie aus dem Wärmeaustausch mit dem tieferen Erdmantel. Zwar sind 99% des Erdvolumens heißer als 1000 °C, wir können derzeit aber nur ein Bruchteil davon technisch nutzen. Das liegt unter anderem daran, dass wir nur einen geringen Teil erreichen. Mittels Bohrungen können wir den Tiefenbereich von wenigen Metern bis derzeit etwa 5 km Tiefe erreichen. Der Ausbaugrad der Geothermie ist sehr gering. Nur etwa 7% aller bekannten natürlichen Heißwasservorkommen werden derzeit genutzt.

Welche Vorteile und Nachteile gibt es bei der Geothermie?

Die Vorteile der Geothermie-Kraftwerke liegen darin, dass Strom erzeugt werden kann, ohne die Umwelt zu schädigen oder endliche Ressourcen abzubauen. Bei allen Typen von Kraftwerken entsteht kein CO2 bei der Stromerzeugung.

Im Gegensatz zur Solarindustrie oder der Windkraft, trägt die Geothermie ein bedenkliches Risiko für Sachschäden durch Erdbeben in sich. Zwar wird sie teilweise für Wärmepumpen für private Haushalte genutzt, doch die Sorge bei größeren Projekten zur Stromerzeugung bleibt. Die nötigen Injektions- und Produktionsbohrungen verursachen kleine Erdbeben. Dadurch kann es zu Rissen in den Häusern und signifikantem Sachschaden kommen.

Wie funktioniert Geothermie?

Prinzipiell funktionieren alle Kraftwerke der Geothermie nach einem Prinzip: Durch Dampf wird eine Turbine angetrieben, die Strom herstellt. Auf gleicher Basis funktioniert auch ein Wärmekraftwerk. Dabei verfügen diese Kraftwerke über enormes Potenzial, allerdings nur, wenn sich der Standort eignet.