Geothermie

Die Erde hat im Inneren eine Temperatur von mehreren tausend Grad. Die Wärme stammt zum Teil noch aus der Entstehungszeit der Erde, zum Teil aus radioaktiven Zerfallsprozessen im Erdinneren. Innerhalb menschlicher Zeiträume sind sie unerschöpflich. Normalerweise nimmt in der Erde die Temperatur pro 100 m Tiefe um 3 - 4° zu. Für die Geothermie sind natürlich besonders Gebiete interessant, bei denen schon in geringer Tiefe mehrere hundert Grad erreicht werden. Solche Bedingungen liegen z.B. an vielen Stellen in Island vor, das Land gewinnt einen großen Teil seine benötigten Wärme fast an der Erdoberfläche. Bei uns erreicht man jedoch nur in einigen Gebieten Norddeutschlands und im Oberrheingarben in 1000 - 2500 m Tiefe 40 - 100°. Im Unterschied zu anderen regenerativen Energiequellen ist die Nutzung der Geothermie nicht von Jahreszeit und Wetter abhängig.
Nicht zur Geothermie gehört die Verwendung von Erdwärmekollektoren. Dabei werden Wasser durchflossene Rohre im Erdboden in sehr geringer Tiefe von 1 - 2 m verlegt. Hiermit wird aber nur indirekt die Wärme der Sonne genutzt, der Wärmeanfall ist im Winter geringer. Die weitere Technologie der Wärmenutzung ist aber vergleichbar.

Bei der Geothermie unterscheidet man nach den in der Tiefe vorherrschenden Temperaturen

oberflächennahen Geothermie bis 400 m Tiefe, Normaltemperatur bis 25°, mit direkter Nutzung der Wärme z.B. zum Heizen von Gebäuden
Tiefengeothermie mit direkter Nutzung der Wärme oder indirekter Nutzung zur Stromerzeugung

Nutzungsformen der Erdwärme

Liegen in der Tiefe wasserführende Schichten vor, so kann man das Wasser über einen Schluckbrunnen in die Tiefe leiten und über einen zweiten Brunnen ein Stück weiter wieder erwärmt fördern. Hat man im Untergrund trockene Gesteine, so versucht man über mit Hochdruck eingedrücktes Wasser Risse im Gestein zu erzeugen, um so die Wärmeübertragungsflächen auf das kalt eingeleitete Wasser zu vergrößern. Das Wasser aus der Tiefe ist oft stark mineralienhaltig, so dass die Wärme über einen Wärmetauscher an sauberes Wasser übertragen werden muss.
Im Sommer kann insbesondere in südlichen Ländern die Temperatur in oberflächennahen Erdschichten auch zum Kühlen genutzt werden.

Oberflächennahe Geothermie

Für die direkte Nutzung der Erdwärme zum Heizen von Wohnungen eignen sich insbesondere Niedertemperaturheizungen wie Fußbodenheizungen. Meistens muss jedoch ein Wärmepumpe nachgeschaltet werden, um das erforderliche Temperaturniveau zu erreichen. Der Energieverbrauch einer solchen Heizung hängt dann vorwiegend vom Stromverbrauch der Umwälzpumpen und der Wärmepumpe ab.

Eine

Wärmepumpe arbeitet ähnlich wie der Kompressor eines Kühlschranks, nur dass hier im Gegensatz zum Kühlschrank die erzeugte Wärme genutzt wird. Die Wärmepumpe sollte unter den gegebenen Randbedingungen eine Leitzahl von mindestens 3 haben, d.h. aus 1 kWh elektrischer Energie 3 kWh Wärmeenergie erzeugen. Sonst ist wegen des schlechten Wirkungsgrades der konventionellen Stromerzeugung mit der Verwendung einer elektrischen Wärmepumpe keine Einsparung von Primärenergien verbunden. Für größere Anlagen gibt es gasbetriebene Wärmepumpen, bei denen der Wärmeverlust des Antriebs zusätzlich zum Heizen genutzt werden kann.
Zur Zeit wird nur etwa 1 % der regenerativen Energien aus Geothermie gewonnen, dies waren im Wärmebereich 2005 etwa 1,5 Millarden kWh. Die Tendenz ist aber stark steigend. In Deutschland liegen etwa 150.000 Installation vor, von denen im letzten Jahr allein 34.000 erfolgten. Das Potenzial in diesem Bereich ist riesig, da diese Art der Energiegewinnung auch in Deutschland überall möglich ist.

Tiefengeothermie

Bei der Tiefengeothermie werden Sonden in 2000 - 3000 m Tiefe gebohrt, um Wassertemperaturen über 100° zu erreichen. Damit lässt sich dann wie in einem konventionellen Dampfkraftwerk auch Strom erzeugen. Alternativ kann man mit Wasser knapp unter 100° ein Ammonika-Wasser-Gemisch zum Verdampfen bringen, mit dem dann eine Dampfturbine betrieben wird ( Wikipedia Kalina-Prozess, analog der Betriebsweise eines Absorber-Kühlschranks). Allerdings werden auch hier nur 12 - 15 % der geförderten Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt. Der Rest fällt als Niedertemperaturwärme an, sodass sich Fernwärmenetze zur weiteren Nutzung anbieten. Ein solches Kraftwerk wurde z.B. in Neustadt-Glewe gebaut.
Im Bereich der Tiefengeothermie gab es 2005 nur etwa 30 Anlagen über 2 MW Leistung. Hier ist es auch problematisch, dass jede Tiefbohrung mit hohen Kosten verbunden ist, sich jedoch niemals genau vorhersagen lässt, ob sich die erhofften Temperaturen und Wärmemengen ergeben.

Detailliertere Informationen unter Wikipedia Geothermie