Eine nachhaltige Energiequelle aus der Tiefe der Erde

In seinem Buch „Our Choice – A plan to solve the climate crisis“ aus dem Jahr 2009 bezeichnete der ehemalige US-Vizepräsident Al Gore die geothermische Energie als „potenziell größte – und derzeit am meisten missverstandene – Energiequelle in den USA und der Welt heute“.

In diesem Abschnitt auf Greenplanetvision möchten wir Einblicke in die Geothermie geben: Woher sie kommt, was sie bietet, die Technologien dahinter, Produktion, Nutzung und mehr.

Nutzung geothermaler Ressourcen

Geothermisch bedeutet wörtlich die Wärme der Erde, die im Kern der Erde auf etwa 5.500 Grad Celsius geschätzt wird – etwa so heiß wie die Oberfläche der Sonne.

Geothermische Energie ist eine saubere, erneuerbare Ressource, die von vielen Ländern auf der Welt in geologisch günstigen Gebieten genutzt werden kann. Geothermische Energie kann aus unterirdischen Reservoirs gewonnen werden, die mit heißem Gestein gesättigt sind und Wasser und/oder Dampf enthalten.

Bohrungen von in der Regel zwei Kilometern Tiefe oder mehr werden in die Reservoirs vorgenommen. Das heiße Wasser und der Dampf werden dann zu einem geothermischen Kraftwerk geleitet, wo sie verwendet werden, um elektrische Generatoren anzutreiben und Strom für Unternehmen und Haushalte zu erzeugen.

Geothermische Energie gilt als erneuerbare Ressource, da sie die Erdwärme nutzt, die als reichlich vorhanden angesehen wird, und das Wasser, sobald es verwendet und abgekühlt wurde, wird zurück in das Reservoir geleitet.

Nutzung geothermischer Ressourcen

Geothermische Energie kann für die Stromerzeugung und für verschiedene Arten von direkter Wärmenutzung verwendet werden (z.B. Heizzwecke, Fischzucht, Bäder usw.).

Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energietechnologien ist Geothermie einzigartig, da sie eine Grundlastalternative zur Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen bietet, aber auch diese für Heizzwecke ersetzen kann.

Hochtemperatur-Geothermieressourcen sind für die Stromerzeugung am wichtigsten (Temperaturen über 150 Grad Celsius), während mittel- bis niedrigtemperaturige Ressourcen (unter 150 Grad Celsius) für viele verschiedene Anwendungen geeignet sind, bei denen Wärme für industrielle Zwecke genutzt wird. Mit Niedrigtemperaturtechnologien, sogenannten Binärsystemen, kann Strom ab einer Temperatur von etwa 70 Grad Celsius erzeugt werden.

Direkte Anwendungen, die die Wärme geothermischer Energie nutzen, umfassen beispielsweise die Raumheizung für Wohngebäude, Büros oder Gewächshäuser, die Lebensmittelproduktion wie Nahrungsmitteltrocknung, das Heizen von Schwimmbädern und Hütten und vieles mehr.

Anwendungen von geothermischer Energie

Hydrothermale Stromerzeugung: Bohrungen in ein geothermisches Reservoir produzieren heißes Wasser und Dampf aus einer Tiefe von bis zu 3 km. Die geothermische Energie wird in einem Kraftwerk in Elektrizität umgewandelt. Heißes Wasser und Dampf sind die Träger der geothermischen Energie.

Hot Dry Rock/Enhanced or Engineered Geothermal Systems (EGS): Extrahiert Wärme, indem ein Untergrund-Fraktursystem geschaffen wird, in das Wasser durch Injektionsbohrungen eingebracht werden kann. Das Wasser wird durch Kontakt mit dem Gestein erhitzt und durch Produktionsbohrungen zurück an die Oberfläche gepumpt. Die Energie wird dann in einem Kraftwerk in elektrische Energie umgewandelt, wie bei einem hydrothermalen geothermischen System, oder für Heizzwecke verwendet. Obwohl es einige Projekte mit dieser Technologie gibt, kann sie nicht als bewährt angesehen werden (in industriellen Maßstäben).

Fortgeschrittene geothermische Systeme

Neuere Ansätze finden zunehmendes Interesse, wie z.B. die Verwendung von geschlossenen Tiefensystemen, um Wärme aus dem Boden zu extrahieren. Anstatt nach Wasser zu bohren oder durch Stimulation (EGS) ein künstliches Reservoir zu schaffen, werden entweder ein einzelner Brunnen oder mehrere miteinander verbundene Brunnen in einem geschlossenen Systemansatz genutzt, um die Wärme unter der Oberfläche in der Tiefe zu sammeln.

Das Gesamtkonzept besteht darin, geothermische Energie ohne das Risiko des Auffindens ausreichender Wasserressourcen zu nutzen. Ein weiteres Konzept ist die Super-Tiefenbohrung, um auf sogenannte superkritische Fluide bei extremen Temperaturen von 375 Grad Celsius oder mehr und hohem Druck zuzugreifen, um die Energieausbeute pro Bohrloch zu maximieren.

Direkte Nutzung

Anwendungen, bei denen heißes Wasser direkt aus geothermischen Ressourcen verwendet wird. Beispiele: Raumheizung, Trocknung von Nutzpflanzen und Holz, Lebensmittelzubereitung, Fischzucht, industrielle Prozesse usw. Historische Spuren reichen bis in die antike Römerzeit zurück, z.B. für Bäder und Spas.

Geothermische Wärmepumpen: Nutzung der relativ konstanten Erdtemperaturen als Wärmequelle und -senke für Heizung, Kühlung und Warmwasserbereitung. Eine der effizientesten Heiz- und Kühlsysteme, die zur Verfügung stehen.

Zusammenfassung

Geothermische Energie ist eine vielseitige und erneuerbare Ressource, die für die Stromerzeugung und verschiedene Arten der Wärmenutzung genutzt werden kann. Von der hydrothermalen Stromerzeugung bis zur direkten Nutzung von geothermischer Wärme in Heizsystemen, Gewächshäusern und vielen anderen Anwendungen bietet die Geothermie eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen. Durch den Ausbau und die Weiterentwicklung von Geothermieprojekten können wir zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen beitragen und eine saubere und zuverlässige Energiezukunft schaffen.