Geothermie: Erdwärme erzeugt Energie

Unter der Kruste der Erde herrschen hohe Temperaturen. Diese Erdwärme kann zum Heizen und zur Stromerzeugung genutzt werden.

Das Nesjavellir-Geothermie-Kraftwerk in Þingvellir, Island. Auf Island, einer vulkanischen Insel, erreicht man schon bei geringen Tiefen sehr hohe Temperaturen. Bild: Gretar Ívarsson/Wikimedia Commons

Was ist Erdwärme und was ist Geothermie?

In den meisten Regionen der Erde liegen die Temperaturen in einer Tiefe von 500 Metern bei etwa 25-30°C. In einer Tiefe von 1'000 Metern können die Temperaturen sogar auf 35-45°C ansteigen. Unter bestimmten geologischen Bedingungen können in solchen Tiefen aber auch Temperaturen von 100 bis 200°C gemessen werden. Diese Wärme, die unterhalb der festen Erdoberfläche gespeichert wird, wird Erdwärme oder geothermische Energie genannt. Die Erdwärme stammt aus dem Zerfall natürlicher Radioisotope im Gestein der Erdkruste sowie aus dem Wärmeaustausch mit dem tieferen Erdinneren. Die Nutzung der Erdwärme durch den Menschen wird Geothermie genannt.

Die Geothermie gehört zu den erneuerbaren Energiequellen und scheint nahezu unerschöpflich zu sein. Theoretisch könnten die Energievorräte, die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeichert sind, den derzeitigen weltweiten Energieverbrauch während der nächsten 100'000 Jahre decken. Jedoch erschweren an vielen Orten die geologischen und topographischen Gegebenheiten die Nutzung der Erdwärme oder machen sie sogar unmöglich. Zudem sind die Auswirkungen eines intensiven Wärmeabbaus auf die Erdkruste bisher nicht voraussagbar.

Nutzung der Erdwärme

Die in der Erde gespeicherte Energie kann auf verschiedenen Wegen genutzt werden.

Bei der direkten Nutzung wird die Erdwärme zum Heizen benutzt. Das geschieht mittels Erdwärmesonden. Diese unterirdischen Wärmetauscher werden in Tiefen von etwa 50 bis 400 Metern angebracht (je nach örtlichen Gegebenheiten) und bilden einen geschlossenen Kreislauf. Eine Wärmeträgerflüssigkeit, die aus Wasser und Frostschutzmittel besteht, wird mit Hilfe einer Pumpe durch ein U-förmiges Rohr geleitet. Im Boden wird die Flüssigkeit von der Erdwärme erhitzt und im Anschluss zur Erdoberfläche transportiert. Die warme Flüssigkeit wird genutzt, um Wärme für Wohn- und Bürogebäude, Treibhäuser, Fahrbahntemperierung und Produktionsprozesse zur Verfügung zu stellen.

Beispiele von Geothermie-Quellen: Nutzung tiefer Temperaturen aus dem Grundwasser; Nutzung mittlerer Temperaturen zur Fernwärmeheizung; Nutzung hoher Temperaturen zur Strom- und Wärmeerzeugung. Grafiken: S. Cattin, CREGE/geothermie.ch

Kraftwerk zur Stromerzeugung aus der Geothermie

Kraftwerk zur Stromerzeugung aus der Geothermie. Bild: Jkrieger/Wikimedia Commons

Bei der indirekten Nutzung wird die Erdwärme in Geothermiekraftwerken in Strom umgewandelt. Hierbei wird das heisse Wasser aus der Erde in ein Kraftwerk geleitet. Der Wasserdampf treibt über eine Turbine einen Stromgenerator an, der Strom erzeugt. Bei dieser hydrothermalen Stromerzeugung sind Wassertemperaturen von mindestens 80°C notwendig.

Vorteile und potenzielle Risiken der Geothermie

Die Erdwärme ist eine emissionsfreie Energiequelle, die direkt vor Ort nutzbar ist und keinen langen Transport erfordert. Zudem besitzt sie eine Doppelfunktion, da man sie sowohl als Energiequelle als auch als Energiespeicher verwenden kann. So wird bei Letzterem im Sommer die überschüssige Energie an der Erdoberfläche dem geothermischen Energiespeicher in der Erde zugeführt, um dann im Winter wieder genutzt zu werden. Die Geothermie kann auch die Abhängigkeit von Fremdenergie und nicht-erneuerbaren Rohstoffen vermindern.

Bei der oberflächennahen Geothermie können Umweltbeeinträchtigungen im Bereich Boden und Grundwasser auftreten. Zudem kann sich der Untergrund langsam verdichten, was zu einer Absenkung des Bodens führen kann. Bohrungen können Gas aus der Erde freisetzen. Ausserdem kann das Einpressen von Wasser ins Gestein, um die darin gespeicherte Wärme freizusetzen,  zu stärkeren Beben führen. Dies war beim geothermischen Projekt in Basel im Dezember 2006 der Fall, was schliesslich zur Einstellung des Projekts führte.

Insgesamt birgt jede Technologie zur Energieerzeugung Risiken. So kann es zum Beispiel auch zu Unfällen in Atomkraftwerken oder zu Staudammbrüchen kommen. Daher werden vor der Durchführung von Energieprojekten die Risiken durch Fachexperten analysiert und abgeschätzt, um die Sicherheit von Mensch und Umwelt zu gewährleisten.

Geothermie in der Schweiz

In der Schweiz gibt es derzeit (Stand 2015) neun Tiefengeothermie-Anlagen und -Projekte. Zusätzlich sind drei Projekte im Bau und 23 Anlagen in Planung. Diese Anlagen dienen dem Heizen von Gebäuden und so gibt es in der Schweiz zurzeit mehr als 45'000 Erdwärmesonden-Anlagen, die zur Heizung von Familienwohnungen genutzt werden. Andererseits gibt es in der Schweiz bisher noch keine Anlagen zur Stromproduktion. Im Vergleich zu den benachbarten Ländern nutzt die Schweiz die Geothermie noch sehr wenig. So gibt es in Deutschland 21, in Frankreich 45 und in Italien 46 Geothermie-Anlagen.

Quelle: geothermie.ch

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