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Der europäische Green Deal zielt mit der Energiewende auf eine klimaneutrale und nachhaltige Energieversorgung ab, bei der neben Wind- und Solarenergie auch die Geothermie eine wichtige Rolle spielen wird.

Was versteht man unter Geothermie?

Geothermie bezeichnet die Wärme, die im Inneren der Erde unterhalb der Erdkruste gespeichert ist. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur kontinuierlich an, so dass im Erdkern Temperaturen zwischen 5.000 und 7.000 Grad Celsius herrschen. Geothermische Energie, auch bekannt als Erdwärme, ist eine erneuerbare Energiequelle, die die Energieversorgung bis zur Zerstörung der Erde durch die Sonne in etwa 5 Milliarden Jahren gewährleisten kann. Die heißen Reservoirs im Erdinneren füllen sich auf natürliche Weise wieder auf, was sie sowohl erneuerbar als auch nachhaltig macht. Darüber hinaus ist Geothermie immer verfügbar, wetterunabhängig und zu jeder Jahreszeit.

Wie funktioniert die Geothermie?

Es gibt zwei Arten von geothermischer Wärmequellennutzung: die oberflächennahe und die tiefe Geothermie. Oberflächennahe Geothermie bezieht sich auf den Einsatz von Erdwärme bis Tiefen von bis zu 400 m. Da bei einer Tiefe von 50 bis 100 m.die Temperatur das ganze Jahr über konstant bleibt, können zum Beispiel Wärmepumpen verwendet werden, um Ein- und Mehrfamilienhäuser oder kleinere Gewerbeeinheiten zu erwärmen.

Immer dann, wenn die Erdwärme in Gebieten mit einer Tiefe ab 400 m. bis mehrere Kilometern genutzt wird, spricht man von Tiefengeothermie. Die tiefe Geothermie ermöglicht es, Elektrizität zu erzeugen oder ganze Stadtviertel mit Wärme zu versorgen. Dabei wird zwischen hydrothermaler und petrothermaler Geothermie unterschieden.

Während bei der hydrothermalen Geothermie wasserführende Schichten in Tiefen von 2.000 bis 4.000 Metern angezapft werden und je nach verfügbarer Wasserquelle Temperaturen zwischen 40 und 250 °C vorherrschen, nutzt die petrothermale Geothermie die Wärme heißer Gesteinsschichten in Tiefen von 2.000 bis 6.000 Metern. Letztere wird auch als „Hot-Dry-Rock-Verfahren“ bezeichnet. Dabei wird Wasser mit hohem Druck in Risse im Gestein gepresst, wo es sich auf etwa 200 °C erhitzt. Das heiße Wasser wird anschließend an die Erdoberfläche gepumpt, wo es eine Temperatur von etwa 100 °C hat und weiter genutzt werden kann.

Wie teuer ist Geothermie?

Geothermie ist teuer. Allein die Bohrung für ein kommerzielles Geothermiekraftwerk kostet im Durchschnitt 20 Millionen Euro. Abhängig von Faktoren wie Standort, Bohrtiefe und Technologie kostet eine geothermische Energieanlage mit einer Leistung von 1 Megawatt zwischen 2 und 7 Millionen Dollar. Diese Kosten umfassen die Bohrungen, die Installation der Geothermie-Wärmepumpen und die notwendigen Infrastrukturmaßnahmen. Je nach Größe beträgt die eletkrische Leistung einer Anlage im Durchschnitt 50 Megawatt. Die Wärmeleistung der gleichen Geothermieanlage ist in der Regel etwa 10 mal höher, d.h. 500 Megawatt.

Die Erschließung dieser Ressource ist also kostspielig. Jedoch lassen sich die hohen Anfangsausgaben durch eine langfristige Investition wiedergutmachen.

Auch im Privathaushalt ist die Erdwärme teuer. Je nach Bodenbeschaffenheit kostet eine Bohrung zwischen 50 und 100 € pro Meter. Sehr tiefe Bohrungen bis 400 m können unter Umständen sogar über 30.000 € kosten, ohne die Materialkosten. Und während eine Gasheizung im Schnitt etwa 10.000 Euro kostet, ist eine Erdwärmepumpe von bis zu 20.000 Euro doppelt so teuer.

Geothermie bleibt in der Praxis jedoch eine Nischentechnologie, die keine bedeutenden Beiträge zur Energiewende leistet. Weil tiefe Bohrungen kostspielig sind. Gleichzeitig bestand ein hohes Risiko für eine Fündung: Würde man tatsächlich hydrothermale Aquifere und Gesteinsschichten mit heißem Wasser dort finden? Auch wenn: Ein großer Teil des Energieertrages wurde durch den Betrieb der Pumpen wieder aufgezehrt.

Was sind die Nachteile der Geothermie?

Neben den hohen Anfangsinvestitionen für die Erschließung und Installation einer geothermischen Anlage besteht das Risiko von Bodensenkungen und Erdbeben, insbesondere bei tiefen Bohrungen und der Nutzung von Hochtemperatur-Geothermie. Diese Risiken können durch hydraulische Frakturierung (Fracking) verstärkt werden. Bei unsachgemäßer Handhabung können geothermische Anlagen zur Kontamination von Oberflächen- und Grundwasser führen.

Wie sieht die Zukunft der Geothermie aus?

Eavor ist ein kanadisches Unternehmen, das mit einem neuen Verfahren zur Nutzung von Erdwärme einen historischen Durchbruch verspricht. In Geretsried in der Gemeinde Wolfratshausen errichtet Eavor die weltweit erste kommerzielle Geothermieanlage in Deutschland, die nicht mehr die obengenannten Nachteile der Geothermie aufweist.

Mit ihrer Geothermieanlage suchen die Bohrmeister von Eavor kein Tiefenwasser, was es besonders macht: Der Konzern möchte lediglich die Wärme aus der Erde direkt aus dem Trockengestein ziehen. Dafür werden kilometerlange, horizontal gebohrte Rohre mit einer Tiefe von 4500 Metern verwendet. So ist das Risiko einer Fündigkeit Null.

Eavor spart auch stromfressende Pumpen: Das Wasser bewegt sich durch den sogenannten Thermosiphon-Effekt ausschließlich zwischen den tiefen Gesteinsschichten und der Oberfläche: Aufgrund seiner höheren Dichte gelangt kaltes Wasser in die Tiefe, wo es erwärmt wird und daher in einem anderen Rohr wieder nach oben steigt. Die Projektmacher bezeichnen den „Eavor Loop“, einen ewigen Kreislauf, in dem Wasser ohne Pumpe kontinuierlich zirkuliert.

Aufgrund der Tatsache, dass es sich um ein vollständig versiegeltes, geschlossenes System handelt, ist es nicht nötig, Wasser vom Boden zu entnehmen. Darüber hinaus muss es nicht wie bei der Fracking-Technologie hineingepresst werden. Daher kann der Eavor Loop keine seismischen Reaktionen – also Erdbeben – auslösen.

Tatsächlich wäre eine Öko-Energie, die kontinuierlich zur Verfügung steht und nicht vom Wetter abhängig ist, das fehlende Puzzleteil der globalen Energiesysteme. Nach Angaben des Eavor-Managers kann die Energiequelle überall eingesetzt werden, wo kein Platz für Solar- und Windparks vorhanden ist, da sie oberirdisch keinen Platz benötigt und kaum sichtbar ist, also keinen „Fußabdruck“ hinterlässt.

Es ist geplant, bis 2026 mehrere Schleifen, Loops, von den Bohrstellen aus zu bohren. Eine erste Turbine soll bald Strom für 5.000 Haushalte erzeugen.

Als Thermosiphon-Effekt ist bekannt, dass Wasser in einem geschlossenen Kreislauf ohne Pumpkraft von selbst zirkulieren kann. Dieser Effekt wird seit langem auch in der Solar- und Heizungstechnik genutzt. Eavor nutzt lediglich die Kombination von dem Thermosiphon-Effekt und der petrothermalen Geothermie.

Eine große Herausforderung stellen allerdings die Abdichtung des Rohrsystems und das Verfahren beim Horizontalbohren dar. Immerhin sollen die unterirdischen Kreisläufe 279 Kilometer lang sein, eine Strecke wie von München nach Venedig. Entsprechend groß ist die Kontaktfläche, in der der Wärmeaustausch stattfinden kann.

Eavor konnte einige der besten Bohrfimen der Welt und weltweit tätige Dienstleister wie Schlumberger in das Projekt einbinden, was für den Erfolg spricht. Ein erstes nichtkommerzielles Werk ist seit 2019 in Alberta, Kanada, in Betrieb. In Geretsried wurden von dem Europäischen Innovationsfonds 91,6 Mio. EUR der Kosten von 250 Mio. EUR übernommen.

Es gibt insgesamt 82 Geothermieprojekte in Deutschland, die derzeit geplant sind. Das Ziel der Bundesregierung besteht darin, bis 2030 zehnmal mehr Erdwärme zu verbrauchen als derzeit.

Diskussionsfragen zum Thema:

1. Welche technologischen Herausforderungen müssen überwunden werden, um Geothermie als zuverlässige und nachhaltige Energiequelle zu etablieren?
2. Welche Vorteile bietet das Evoar-Projekt gegenüber klassischen Geothermie-Technologien?
3. Wie können die ökologischen Auswirkungen der Geothermienutzung, insbesondere auf die Wasserqualität und die Stabilität des Untergrundes, minimiert werden?

Aufgabe:

Hören Sie den Podcast Tiefe Geothermie – Zukunftsenergie mit Risiken an!