Geothermie
Was versteht man unter Geothermie
Die Strom- und Wärmeerzeugung aus der Wärme des Erdinneren ist eine kontinuierliche regenerative Energieform. Geothermie – oder Erdwärme – entstand hauptsächlich bei der Erdentstehung und durch Zerfall radioaktiver Gesteine. Zusätzlich kommt die Sonnenenergie hinzu. Die Wärme wird aus der Erdkruste genutzt, die je nach Standort (Ozean, Kontinent) 40 bis 60 km tief ist. Hierhin steigt die Wärme aus dem Erdinneren, die mehrere Tausend Grad beträgt, mittels Wärmeleitung (Konduktion, Wärme fließt vom wärmeren in den kälteren Körper) oder Konvektion (bspw. Gase, die Wärme transportieren), sodass die Temperatur um 20 bis 40°C pro Kilometer in die Tiefe ansteigt.
Oberflächennahe Geothermie
Die Temperatur der oberflächennahen Erdkruste entspricht in etwa der Jahresdurchschnittstemperatur. Durch Bohrungen wird das Gebiet erschlossen und Wärmepumpen entziehen die Wärme um im Sommer zu kühlen oder im Winter Heizkosten einzusparen. Diese Form der Erdwärme kann nicht nur unter Privatgrundstücken angewandt werden, sondern nutzt auch die bereits vorhandenen Bohrungen von Tunneln oder Bergbaubetrieben. Erschöpfte Bergwerke besitzen die nötige Infrastruktur um hydrothermales Wasser zu nutzen.
Tiefe Geothermie
Die andere, aufwendigere Form der Erdwärmenutzung ist die tiefe Geothermie. Dominiert wird die weltweite Geothermie von sogenannten Hochenthalpie-Lagerstätten, die an Vulkanen vorkommen. Hier sind Wasser und Dampf mehrere hundert Grad heiß und relativ nah zur Oberfläche. Dieses Fluid wird entweder ins Wärmenetz eingespeist zur Stromerzeugung durch Turbinen genutzt. Da dieses Verfahren abhängig vom Vulkan ist, fördern entsprechend wenige Länder diese Geothermie, hauptsächlich die USA, Japan und Indonesien.
Niederenthalpie-Lagerstätten kommen in nichtvulkanischen Gebieten vor. Wie bereits erwähnt steigt die Temperatur pro Kilometer je nach Standort um etwa 30°C an, sodass eine tiefe Bohrung hohe Wärme verspricht. Mindestens 100°C sind für eine rentable Strom- und Wärmeerzeugung notwendig, also mindestens 3-4 km tiefe Bohrungen. Zum einen kann hydrothermales Wasser mit geeigneter Temperatur gefördert und die Wärme nutzbar gemacht werden. Das Wasser wird nach der Nutzung wieder der Erde zugeführt.
Kann das Wasser nicht gefördert werden wird durch tiefe Erdwärmesonden ein Medium in die Erdkruste transportiert und dort aufgeheizt. Anschließend kommt das heiße Medium wieder an die Tagesoberfläche und kann genutzt werden. In der Regel wird eine Bohrung von etwa 2000 bis 3000 m vorgenommen, die aus einem geschlossenen System aus koaxialen Rohren besteht. Dieses System hat zwar vergleichsweise wenig Leistung, jedoch kann es an jedem geeigneten (mit entsprechender Wärme) Standort und kontinuierlich genutzt werden.
Nutzung der Geothermie
Die Wärme der Erde wird entweder direkt genutzt oder in einem Kraftwerk in Strom umgewandelt. Strom wird hauptsächlich durch Hochenthalpie-Lagerstätten erzeugt. Alternativ können in einer Kraft-Wärme-Kopplung beide Verfahren angewandt werden.
Oberflächennahe Geothermie wird hauptsächlich direkt durch Wärme oder Kälte genutzt und leistet so etwa 35.000 MW im Jahr. 2005 wurde durch die gesamte Geothermie 72.000 GWh Energie produziert. Spitzenreiter ist China, Schweden und die USA.
Auch die Stromherstellung durch Geothermie weist sehr hohe Werte auf. Niederenthalpie-Lagerstätten haben niedrigere Wirkungsgrade als Hochenthalpie-Lagerstätten. Weltweit wurden 2010 5600 TWh Strom hergestellt, hauptsächlich in den USA, Indonesien und Island.
Zukunft der Geothermie
Die Geothermienutzung zog in den letzten Jahren enorm an. Theoretisch könnte der gesamte Energiebedarf durch Erdwärme genutzt werden, weshalb auch in Zukunft ein höherer Anteil erwartet werden kann. Da Bohrungen und Kraftwerke jedoch teuer sind, schränkt dies die möglichen Betreiber ein. Als regenerative Energieform besitzt Erdwärme wohl das größte Potenzial, da sie kontinuierlich gefördert werden kann.
