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Energie der Zukunft - Zukunft der Energien: Kein Tropfen auf dem heißen Stein

Das Innere der Erde ist heiß - sehr heiß sogar, wie Geysire und Vulkane deutlich zeigen. Doch noch wird Geothermie, dieses Energiegeschenk der Natur, stiefmütterlich behandelt.
Windischeschenbach
Ältere Generationen haben die Bilder sicherlich noch deutlich vor Augen, als muskelbepackte, stahlharte Kerle mit freiem Oberkörper in Bergwerksstollen mit Hammer und Meißel die Kohle mit ihren eigenen Händen aus tief liegenden Flözen brachen. Doch scheinen die goldenen Zeiten der Zechen vorbei zu sein. Bergleute gibt es nur noch wenige in Deutschland. Es war eine schweißtreibende Arbeit – aus vielerlei Gründen. Nicht nur, weil sie schwere körperliche Anstrengung bedeutete, sondern ebenso weil die Temperaturen in den Stollen oft deutlich höher lagen als an der Oberfläche.

Im Durchschnitt nimmt in Mitteleuropa die Temperatur pro einhundert Meter Tiefe um etwa drei Grad Celsius zu. Zirka ein Drittel dieser aus dem Inneren der Erde aufsteigenden Energie stammt aus dem glühend heißen Erdkern, der sich als Folge der Entstehung unseres Planeten aus sich verdichtender Materie bildete. Rund zwei Drittel der Energie sind Schätzungen zufolge aber auf den Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente wie Uran, Thorium oder Kalium in der Erdkruste und im Mantel zurückzuführen. Man kann unseren Globus daher getrost als eine Art riesiges Kernkraftwerk bezeichnen. Der Wärmestrom, der aus der Erde kommt, verpufft schlussendlich ungenutzt im Weltall. Experten schätzen, dass unser Himmelskörper täglich etwa viermal mehr Energie ins All abstrahlt, als die Menschheit an Strom und Wärme benötigt.

Wie heiß es manchmal schon knapp unter der Erdoberfläche sein kann, davon können sich Neugierige leicht überzeugen, wenn beispielsweise Touristenführer in manchen vulkanischen Gegenden Islands oder auf den Kanaren mit langen Stangen Stroh oder Reisig in Erdlöchern stecken, das dann nach kurzer Zeit unvermittelt anfängt, Feuer zu fangen. Ein erstauntes "Oh!" oder "Ah!" sind sich die Vorführer gleichsam sicher, wenn sie Schnee oder Eis in die Vertiefung werfen, das dann oft mit gewaltiger Wucht als eine zig Meter hohe Fontäne wieder herausgeschleudert wird.

Die Temperaturen im Kern der Erde betragen immerhin bis zu 6000 Grad Celsius; der Mantel kommt noch auf 1200 Grad. Bei diesen Temperaturen schmilzt selbst Granit zu Magma oder Lava. Von solch hohen Werten träumt so manch ein Kraftwerksbetreiber, der Öl oder Gas verfeuert, um Kunden Strom oder Wärme zu verkaufen. Die Erde macht das ganz umsonst. Um diese Ressourcen zu heben, muss man unseren Heimatplaneten eigentlich einfach nur anbohren.

Das 600-Fache des deutschen Jahresstrombedarfs

Eine Studie des Büros für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB) kommt daher zur Einschätzung, dass die geothermische Energiegewinnung grundsätzlich eine "ernst zu nehmende Option für die künftige Energieversorgung" darstellt. Nach Angaben des TAB beziffert sich das technische Gesamtpotenzial zur geothermischen Stromerzeugung in Deutschland auf etwa 1200 Exajoule. Das entspricht mit rund 300 000 Terawattstunden dem 600-fachen des derzeitigen deutschen Jahresstrombedarfs.

Das zusätzliche Potenzial an thermischer Energie – an Wärme also – beträgt nochmals etwa das Eineinhalbfache des Strompotenzials, selbst wenn keine Wärmepumpen eingesetzt werden. Mit Wärmepumpen – die wie umgekehrte Kühlschränke funktionieren – kommen die Wissenschaftler des TAB auf einen Wert, der beim Zweieinhalbfachen des Stromerzeugungspotenzials liegt. Ein Gesteinsblock von einem Quadratkilometer Größe speichert in sieben Kilometern Tiefe nach Angaben der Autoren etwa ein Zehntel des gesamten deutschen Wärmebedarfs. Damit ließe sich eine darüber liegenden Kleinstadt über Jahrhunderte mit Strom und Wärme versorgen.

Kontinentale Tiefbohrung | So könnte ein Kraftwerk der Zukunft aussehen: Ein Bohrturm fördert heißes Wasser oder Dampf aus dem Inneren der Erde, um dessen Energie zu nutzen. Das Foto zeigt die Kontinentale Tiefbohrung (KTB) im bayerischen Windischeschenbach bei Weiden in der Oberpfalz.
So kommen beträchtliche Werte zusammen, auch wenn sich voraussichtlich nur ein Bruchteil davon wirklich wirtschaftlich nutzen lässt. Schließlich sind für eine effiziente Stromerzeugung meist Temperaturen von über einhundert Grad Celsius erforderlich, die normalerweise erst in einer Tiefe von drei Kilometern erreicht werden. Das entspricht aber durchaus heute gängiger Bohrtechnik und ist bergbaulich keine große Hürde, zumal im Zuge des Kontinentalen Tiefbohrprojekts KTB bei Windischeschenbach nahe Weiden in der Oberpfalz sogar eine Tiefe von über 9000 Meter erreicht wurde.

Es lohnt sich auch im hohen Norden

Nach Ansicht der Geothermischen Vereinigung lohnt sich die Erdwärmenutzung daher ebenfalls im kühlen Norden, was Staaten wie Island – die zugegebenermaßen durch ihren vulkanischen Untergrund geologisch begünstigt sind – sowie Schweden beweisen, das mit einer jährlichen mittleren Leistung von 1,14 Gigawatt nach China den Platz zwei bei der Nutzung der Erdwärme in der Welt einnimmt. Bei der Stromerzeugung mit Hilfe geothermischer Anlagen haben sogar die Vereinigten Staaten, die den erneuerbaren Energien ja oftmals eher skeptisch gegenüber stehen, mit einer installierten Leistung von rund zweieinhalb Gigawatt die Nase vorn. Das entspricht der Erzeugerleistung von fast drei Kernkraftwerken.

Deutschland ist auf diesem Gebiet dagegen noch Entwicklungsland. Mit seinen geothermischen Anlagen deckt es derzeit nur rund 0,4 Promille seines Primärenergieverbrauchs. Andere Länder wie Tibet zum Beispiel, das ja auch nicht gerade auf Vulkanen sitzt, kommen bereits auf nahezu dreißig Prozent. Die Geothermische Vereinigung geht daher davon aus, dass Deutschland zu über fünfzig Prozent seinen Wärmebedarf durch Erdwärme decken könnte, wenn es wollte.

Hot-Dry-Rock-Verfahren | Die umweltfreundliche Stromerzeugung aus Erdwärme wird nach Ansicht von Experten in Zukunft eine bedeutende Rolle bei der Energieproduktion spielen. Beim so genannten Hot-Dry-Rock-Verfahren presst eine Pumpe Wasser in vier bis sechs Kilometer tiefe, rund 200 Grad Celsius heiße kristalline Gesteinsschichten. Produktionsbohrungen zapfen das aufgewärmte, unter Druck stehende Wasser an. An der Oberfläche treibt es in einem Wärmetauscher eine Dampfturbine mit Generator zur Stromerzeugung an.
Wie bereits angedeutet, gibt es prinzipiell zwei Arten der Nutzung der Geothermie: Die direkte nutzt unmittelbar die Wärme der Erde zum Heizen von Gebäuden, obgleich auch das Kühlen eine denkbare Anwendung ist, was Winzer täglich beweisen, die ihre Weine in tiefen Gewölben wohl temperieren. Darüber hinaus gibt es die indirekte Verwendung, bei der heißes Wasser oder gar Dampf aus großen Tiefen dazu benutzt wird, um Turbinen anzutreiben, die dann Strom erzeugen.

Um nicht zu tief in die Erde eindringen zu müssen, was immer recht teuer kommt, bieten sich bei einzelnen Gebäuden zudem oberflächennahe Wärmepumpen an. Sie nutzen im Winter die im Boden gespeicherte Wärme zum heizen und können im Sommer die Kühle aus den oberen Erdschichten zum Klimatisieren der Räume verwenden. In Deutschland ist dieser Markt mit derzeit rund 50 000 Wärmepumpen recht gut entwickelt.

Nun wollen einige Firmen zudem in die großtechnische Nutzung der Erdwärme einsteigen. Dazu stoßen sie tief ins Erdreich vor, dorthin wo die Temperaturen schon merklich ansteigen. Die Pionierunternehmen wollen entweder das heiße Wasser, was sich dort angesammelt hat, nach oben befördern, um es in ein Fernwärmenetz einzuspeisen, oder mit dessen Hilfe Turbinen oder Generatoren antreiben, um Elektrizität zu erzeugen.

Künstlich erzeugte Klüfte

Am einfachsten ist die Erdwärmenutzung, wenn man eine tief gelegene Heißwasserquelle – eine so genannte Aquifere – anbohrt, das Wasser nach oben befördert, ihm die Energie entzieht und es schließlich wieder zurückpresst, damit es sich erneut aufheizen kann. Doch auch wenn solche unterirdischen Wasservorräte nicht vorhanden sind, gibt es gute Möglichkeiten, dem Boden seine Wärme zu entlocken.

Skizze HDR-Verfahren | Schema der Nutzung der im trockenen Tiefengestein gespeicherten Erdwärme
Dazu pressen die Betreiber von einigen geothermischen Anlagen Wasser unter hohem Druck durch eine anfängliche Bohrung in die tief liegenden Gesteinsschichten. Durch diese Gewalteinwirkung entstehen im Untergrund eine Vielzahl von kleinen Rissen und Klüften, die das Gestein porös machen. Die dort eingeleitete Flüssigkeit kann sich nun leicht verteilen und erhitzen, um anschließend in einer zweiten Bohrung zur Energiegewinnung nach oben zu gelangen. Diese Methode ist unter dem Namen Hot-Dry-Rock-Verfahren bekannt und wird derzeit weltweit optimiert.

Im Jahr 2004 wurden mittels Geothermie mittlerweile über acht Gigawatt an Energie erzeugt, was der Leistung von acht großen Kraftwerken entspricht. Doch ist dies nach Ansicht der Geothermischen Vereinigung ausschließlich ein Tropfen auf dem heißen Stein. Auch wenn aus der Energie der Erde kaum Treibstoffe für Fahrzeuge zu gewinnen sein wird, zur Deckung des Wärme- und Strombedarfs der Menschheit kann die Geothermie sicherlich substanzielle Beiträge leisten.

Und das beste: Diese Form der Energiegewinnung schlägt herkömmliche Verfahren in Sachen Umweltfreundlichkeit um Längen. Schließlich müssen im Wesentlichen ausschließlich relativ normale Bohrungen durchgeführt werden. Zudem ist die Geothermie im Gegensatz zur Solar- oder der Windenergie "grundlastfähig", wie die Stromerzeuger sagen. Sie produziert also verlässlich Strom oder Wärme unabhängig von Witterungseinflüssen. Das hören die Energieunternehmen ebenso gern wie die Verbraucher.

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