Geothermie - Die Kraft der Zukunft?

Erdwärme als Energiequelle der Zukunft mit riesigem Potenzial. Eine Zukunftsvision vieler Menschen der Umweltbewegung. Nach dem Einbruch der deutschen Solarindustrie 2012 herrscht in der Energiebranche ein Umdenken hin zu alternativen, regenerativen Energieträgern. Während die öffentliche Wahrnehmung großteils Solar- und Windkraft im Fokus hat, werden Geothermie und andere Arten der Energiegewinnung oft nicht beachtet. Zu Unrecht? Wie viel Chance hat die Erdwärme tatsächlich, in Mitteleuropa zur Stromerzeugung genutzt zu werden? Dies und vieles mehr hat compera für Sie im kommenden Artikel recherchiert.

Riesiges Energiepotenzial unter der Erde - Ist es nutzbar?

Zumindest theoretisch ruht unfassbar großes Energiepotenzial unter der Erdoberfläche. Der Energiebedarf der Menschheit könnte bei (theoretisch) vollständiger Nutzung auf über 100.000 Jahre gesichert werden. In der Praxis ist nur ein kleiner Teil mit unserem derzeitigen technischen Entwicklungsfortschritt nutzbar. Unterschieden wird dabei zwischen direkter und indirekter Nutzung.

Vergleichsweise einfach ist die direkte Nutzung der Wärmeenergie. Bereits in den Bädern des Alten Roms nutzte die Stadtverwaltung Geothermie, 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. Alleine in Deutschland sind mehr als 50.000 oberflächliche Geothermieanlagen im Einsatz, bei denen Wärmepumpen verwendet werden.

Die indirekte Nutzung der Geothermie stellt Forscher und Techniker jedoch noch vor große Herausforderungen. Obwohl schon 1913 Erdwärme als Methodik zur Stromgewinnung erfolgreich erprobt wurde, stellt die Erdwärme weltweit derzeit nur 0,06% des Primärenergieverbrauchs dar. Die tatsächliche Nutzung ist dabei ungleich verteilt. Die größte Herausforderung der Geothermie zur Stromerzeugung ist die ungleiche Verteilung günstiger Nutzungsmöglichkeiten. So wird 19% des Stroms in Island durch Erdwärme erzeugt. In Deutschland werden nur 0,04% der Stromversorgung durch Geothermie gedeckt - Trotz mehrerer Projekte zum Ausbau der Erdwärme in Deutschland.

 

Sehr unterschiedliche Effizienz

Tatsache ist, dass es in Deutschland und Österreich kaum Stellen gibt, an denen geothermal direkt unter der Erdoberfläche im größeren Stil Strom erzeugt werden könnte. Deshalb müssen fast ausschließlich Bohrungen in großer Tiefe durchgeführt werden. Zum Beispiel in Norddeutschland ist dies der Fall. Hier gibt es 1000 bis 2500 Meter unter der Erde Thermalwasser aus dem Mesozoikum mit Temperaturen von 50 bis 100 Grad Celsius. Pilotprojekte dafür gab es bereits zu Zeiten der DDR. Weil das Kosten-Nutzen-Verhältnis oftmals gering ist, oder die Finanzierung nicht gesichert werden konnte, wurden viele Projekte abgebrochen. Auch heute werben Ökostromanbieter primär mit Wasserkraft, sowie mit Wind- und Sonnenenergie für einen Stromwechsel und mehr Nachhaltigkeit.

Andere Länder haben dank günstiger geologischer Bedingungen ganz andere Karten. So etwa Island. Das Land hat ein aktives Vulkansystem, dass extrem viele Möglichkeiten bietet, mit vergleichsweise geringem Aufwand Geothermie zu nutzen. Island deckt so mindestens 25% seines derzeitigen Stromverbrauchs ab. Die restlichen 75% werden durch Wasserkraft abgedeckt. Ganz ähnlich ist dies auch in Tibet der Fall, wo seit den 1970ern Jahren in Stromerzeugung durch Geothermie investiert wurde. Heute deckt Tibet etwa 30% des eigenen Stromverbrauchs durch Geothermie ab. Die beiden Länder sind in Sachen Nachhaltigkeit im Stromvergleich absolute Spitzenreiter.

Verschiedene Kraftwerke in Konkurrenz

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. Strom sparen, um die Umwelt zu retten, muss man also grundsätzlich schon einmal nicht, weil die Kraftwerke über enormes Potenzial verfügen. Voraussetzung ist, dass sich der Standort eignet. Die Anwendungen funktionieren in der Praxis aber durchaus unterschiedlich.

Das Trockendampf-Kraftwerk

In der Vergangenheit etablierten sich mehrere Typen von Geothermie-Kraftwerken. Der älteste Typ ist das Trockendampf-Kraftwerk. Die Funktionsweise ist denkbar simpel. 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 150 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 Auskühlung kommt.

Das Entspannungsdampf-Kraftwerk

Die nachhaltigere und wahrscheinlich effizientere Option ist das 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.

Es ist ganz offensichtlich, dass diese Variante die weniger effiziente ist. Sie ist eher für Tiefen mit vergleichsweise geringeren Temperaturen geeignet. Die Zweitflüssigkeit bietet jedoch auch hier die Möglichkeit, noch relativ günstige Gelegenheiten zur nachhaltigen Herstellung Stroms zu nutzen.

Eine zukunftsweisende Technologie?

Die Vorteile der Geothermie-Kraftwerke sind ganz offensichtlich. Hier kann Strom erzeugt werden, ohne die Umwelt zu schädigen oder endliche Ressourcen abzubauen. Bei allen Typen von Kraftwerken entsteht kein CO² bei der Stromerzeugung. Dank jahrelanger Forschung und weit entwickelter Technologie kommt es kaum vor, dass die Grenzen der Stromerzeugung durchbrochen werden und es zu einer zu starken Abkühlung des Gesteins in der Tiefe kommt.

 

Bedenken der Zivilbevölkerung

Geothermie hat starkes Potenzial und schafft Unabhängigkeit. Tatsächlich gibt es jedoch immer wieder Bedenken und Skepsis in der Zivilbevölkerung, die sich in der Vergangenheit bereits manchmal in Angst und sogar Panik wandelte.

Der Grund sind fast immer Bohrungen. Sie versuchen im direkten Umfeld Mini-Erdbeben. Sie treten wellenartig auf und werden von den Menschen in der Umgebung wahrgenommen. Tatsächlich sind sie jedoch harmlos. Etwa kam es in Poing, Oberbayern, zu Beschwerden und Anrufen aufgrund der Energie, die durch die Bohrungen verursacht wurde. Die Schwingungen hatten eine Stärke von 1,6 Millimetern pro Sekunde. Circa die gleiche Stärke, die auch ein LKW auf einer schlecht präparierten Straße verursachen würde. Die DIN-Norm beträgt hier übrigens 5,0 Millimeter pro Sekunde. In seltenen Fällen kam es jedoch tatsächlich zu groben Sachschäden aufgrund der Bohrungen.

 

Tatsächliche Risiken 

Injektions- und Produktionsbohrungen werden von der Zivilgesellschaft fast immer ohne Sachgrundlage als bedrohlich eingestuft. Tatsächlich gab es jedoch einige Vorfälle, die zu Rissen in den Häusern und signifikantem Sachschaden führten. So etwa im bayerischen Staufen. Eine Bohrung schaffte hier eine Verbindung zwischen dem tiefer liegendem, unter Druck stehenden Grundwasser und einem in Gipskeuperschicht gebettetem, höher liegenden Calciumsulfat. Resultat war die Entstehung von Gips, die eine Ausdehnung der Masse um 60 Prozent bewirkte.

Risse und Sachschäden in den umliegenden Gebäuden waren das Resultat. Sogar mehrere hundert Meter weit entfernt wurden Schäden gemeldet. Gesamt kosteten die Schäden mindestens 9,5 Millionen Euros. Auch in einigen anderen Orten kam es bei Bohrungen zu Vorfällen und Sachschäden. Verletzt wurde niemand, zum Teil entstanden jedoch eklatante Sachschäden.

 

Schlussfolgerung und Verbesserungsbedarf 

Das Credo vieler Bürger in betroffenen Ortschaften war nach den Vorfällen, die Erdwärme als Ganzes abzulehnen. Das mag persönlich verständlich sein. Deutschlandweit kam es aber in den vergangenen zwei Jahrzehnten zu tausenden Versuchsprojekten in der Geothermie, nur einige wenige von ihnen lösten tatsächlich Sachschäden aus.

Problem war dabei aber nicht die Bohrung per se, sondern zumeist die unbekannten Schichten in der Tiefe. Genau das zeigt aber die tatsächlichen Mängel auf. Mangelnde Qualitätssicherung und zu geringe Überprüfung des Untergrunds vor Baubeginn sorgten dafür, dass es an einigen Stellen zu Sachschäden in Millionenhöhe kam. Doch gerade derartige Schlagzeilen sorgten dafür, dass mit Erdwärme weniger häufiger geworben wird, geht es um das Stromanbieter wechseln.

Hat die Geothermie ein Imageproblem?

Ganz offensichtlich kann die Geothermie nicht mit der Popularität der Solarindustrie oder der Windkraft mithalten. Das, obwohl die Erdwärme wesentlich weniger Platz benötigt und auch weniger Einfluss auf die Optik der Landschaft hat, als zum Beispiel Windparks. Trotz der Tatsache, dass bereits hunderttausende Wärmepumpen für private Haushalte genutzt werden, bleibt die Skepsis Vieler jedoch bestehen, wenn es um größere Projekte für die Stromerzeugung geht.

Dabei gäbe es viele positive Aspekte, die es zu vermitteln gilt, wie beispielsweise die dazu gewonnene Unabhängigkeit von Witterung. Erdwärme gilt zudem als grundlastfähig. Ein starkes Argument, dass gegen die steigende Anzahl an Engpässen in der Energiewirtschaft wirken könnte. Außerdem werden bei der Geothermie keine seltenen Erden und Metalle verwendet, wie beispielsweise bei der Solarenergie. Das macht die Geothermie doppelt umweltfreundlich.

Geothermie in Österreich

Schon heute werden zahlreiche seichte Erdwärmesonden in Österreich genutzt, um im Winter Häuser zu heizen und im Sommer zu kühlen. Geht es um die Stromerzeugung und die Einspeisung großer Mengen an Energie sind vor allem tiefe Sonden interessant. Hierfür bietet Österreich grundsätzlich Potenzial.

Natürlich hat Österreich keine Verhältnisse vergleichbar mit Island oder Tibet. Dennoch nimmt die Temperatur pro Kilometer Tiefe um etwa 30 Grad Celsius zu. Die Wärmestromdichte, essentiell für die Beurteilung der Attraktivität von Standorten in der Geothermie, ist an manchen Stellen Österreichs deutlich über dem Durchschnitt. Besonders im Osten und Südosten Österreichs ist Potenzial für tiefe Wärmesonden vorhanden. Hier sind starke Wärmestromdichten vorhanden. Der Ausbau der E-Mobilität und Stromkosten, die damit wachsen, könnten ethisch und mit Nachhaltigkeit in der Zukunft bewältigt werden, nutzt man das geothermische Potenzial der Regionen in Österreich erfolgreich.

Hohe Wärmestromdichte vor allem im Burgenland und der Steiermark

Besonders interessant für die Gewinnung von Erdwärme sind Teile des Burgenlands und der Südoststeiermark. Hier beträgt die Wärmestromdichte zum Teil über 100 mW/m². Sehr günstig für eine intensivierte Nutzung der geothermalen Energie unter der Erde. Aber auch im Innviertel und Hausruckviertel (Oberösterreich) sind die Bedingungen für tiefe Geothermie denkbar günstig.

Hier wird bereits Geothermie zur Beheizung von Bädern genutzt. Stromerzeugung durch Fernwärme sind in den genannten Regionen jedoch durchaus möglich, wenn die geeignete Stellen gefunden werden.

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