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Energie aus dem Boden

Strom und Wärme direkt aus dem Erinneren. Die Erdwärme kann vielfältig genutzt werden.

Flüssige Lava © D. Gerdts

Was ist Erdwärme und Geothermie?

Die Erde hat im Inneren eine Temperatur von mehreren Tausend Grad. Vulkane und Geysire sind spektakuläre Belege für das heiße Innere der Erde. Diese Erdwärme (= Geothermie) stammt zum Teil noch aus der Entstehungszeit der Erde, zum Teil aus radioaktiven Zerfallsprozessen im Erdinneren. Die Geothermie oder Erdwärme zählt deshalb zu den regenerativen Energien. Allerdings wird meist nicht die aus dem Erdinneren nachströmende Energie, sondern die in der Erdkruste gespeicherte Energie genutzt. D.h. dass sich über mehrere Jahrzehnte ein Teil des Erdkörpers (oder Bodens) abkühlt.

Die im Erinnern gespeicherte Wärme kann sowohl direkt genutzt werden, etwa zum Heizen und Kühlen im Wärmemarkt (Wärmepumpenheizung), als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in einer Kraft-Wärme-Kopplung. Unabhängig von Jahreszeit, Wind oder Sonne ist die Geothermie eine dauerhafte, gleichmäßige und ergiebige Energiequelle.

Eishotel © S. Lazar

Klassische Erdwärmenutzung und Tiefengeothermie

In den obersten 10-15 Metern wird die Bodentemperatur durch atmosphärische Faktoren, wie Sonneneinstrahlung, Luftkontakt und versickerndes Regenwasser bestimmt. Darunter bis in ca. 50 Meter Tiefe herrschen über das Jahr konstant etwa 10 °C. Unterhalb von 50 Metern steigt die Temperatur durch den Einfluss des Wärmestroms aus dem Erdinneren im Mittel um 3 °C pro 100 Meter an. Die durchschnittliche Temperatur in 5 000 m Tiefe liegt bei 160°C.

Je nach Nutzungstiefe wird zwischen oberflächennaher Geothermie und Tiefengeothermie unterschieden. Die Grenze liegt hier bei 400 m und einer Temperatur von mehr als 20°C. Oftmals wird jedoch in Verbindung mit Wärmepumpen die Erdwärme schon aus deutlich geringerer Tiefe zum Heizen und Kühlen von Gebäuden sowie zur Warmwasserbereitung eingesetzt.

© S. Lazar

Oberflächennahe Geothermie – Energieversorgung trotz geringen Temperaturen

Schon die obersten 100 Meter im Boden sind für die Energiegewinnung geeignet. Hier herrschen zwar nur Temperaturen von maximal 12 °C, diese jedoch konstant unabhängig von der Tages- und Jahreszeit.
Diese relativ niedrigen Temperaturen lassen sich mit Wärmepumpen auf die für Heizzwecke nötigen 35 bis 55 °C erhöhen. Genutzt wird die oberflächennahe Erdwärme in Einzelanlagen zur Heizung und Warmwasserversorgung oder auch zur Kühlung von Ein- und Zweifamilienhäusern.

Es wird unterschieden:
Erdwärmekollektoren werden in geringer Tiefe verlegt. Dazu ist ein Erdaushub von ungefähr 1 Meter erforderlich. Allerdings werden diese Kollektoren flächendeckend verlegt. Für eine Heizleistung von etwa 6kW wird etwa eine Fläche von 300m/2 benötigt. Für die tatsächliche Menge ist jedoch z.B. die Bodenfeuchtigkeit relevant. Wenn es sich um einen feuchten Boden handelt wird sich die Heizleistung auf der selben Fläche erhöhen.

Erdwärmesonden werden durch Erdbohrungen von bis zu 200 Meter gesetzt. Diese Bohrungen haben einen Durchmesser von 50 cm bis 60 cm. Je nach geologischen Gegebenheiten können die Tiefen und die Bohrungen unterschiedlich ausfallen.

© S. Lazar

Tiefengeothermie – Die Erde als Durchlauferhitzer

Erdwärme aus Bohrungen ab ca. 400 m wird als Tiefengeothermie bezeichnet. Über Tiefenbohrungen kann geothermische Energie erschlossen werden, welche direkt, d.h. ohne Wärmepumpen genutzt werden kann. Mit neuen Verfahren wie dem „Hot-Dry-Rock-Verfahren“ werden Gesteinsschichten in 4000 bis 5000 Meter Tiefe quasi als Durchlauferhitzer genutzt . Wasser wird mit hohem Druck in Spalten heißer Gesteinsschichten gepresst. Dort erhitzt es sich, wird zur Oberfläche gefördert und dann zur großräumigen Wärmeversorgung/Stromerzeugung genutzt. Anschließend wird das abgekühlte Wasser wieder in den Untergrund zurückgeführt.

Für die Geothermie sind besonders Gebiete interessant, bei denen schon in geringer Tiefe mehrere hundert Grad erreicht werden. Solche Bedingungen sind häufig an Vulkanaktivität geknüpft. In der Geothermie gelten sie als hochenthalpe Lagerstätten. Sie werden weltweit zur Stromerzeugung genutzt. Ideal ist dies an mehrern Stellen in Island, so gewinnt das Land einen großen Teil seiner benötigten Wärme durch Geothermie. In Deutschland sind dies vor allem das Norddeutsche Becken, Süddeutsche Molassebecken oder der Oberrheingraben.