Geothermie - die Energie aus dem Erdinnneren

Geothermie, die Wärme aus dem Erdinnern, kann zur Wärme- und Stromversorgung genutzt werden. Wegen schlechter geothermischer Voraussetzungen beschränkt sich die Nutzung in Deutschland hauptsächlich auf die Wärmeversorgung. Die "Gewinnung" in der Geothermie verläuft meistens durch einen Erdwärmetauschvorgang. Kaltes Wasser wird durch ein Rohr in die Tiefe geleitet, dort erwärmt und über ein zweites Rohr nach oben geleitet. Wo es keine natürlichen Quellen gibt, lässt sich Erdwärme mit dem Hot-Dry-Rock-Verfahren gewinnen. Bei diesem Verfahren wird das heiße Tiefengestein als Wärmetauscher genutzt. Kaltes Wasser wird in den Boden hineingepresst kommt mit 150 °C wieder aus dem Erdreich. Gegenüber der Solarstrahlung und der Windkraft hat die Geothermie den Vorteil, dass sie gleichmäßig Energie liefert.

Die Temperatur der Erde in einer Tiefe von 10 - 20 Metern beträgt in Mitteleuropa durchschnittlich etwa 10 - 12 °C. In den oberflächennahen Schichten beeinflusst die Witterung die Erdtemperatur. Auf jeden Quadratmeter Erdoberfläche wirken jährlich rund 1100 kWh Sonnenenergie ein. In tieferen Erdschichten überwiegen geothermische Einflüsse, die Erdmasse erwärmt sich alle 33 m Tiefe um etwa 1 °C. Die Grundidee der oberflächennahen Geothermie besteht darin, über die Fundamente Heizwärme aus dem Untergrund zu gewinnen und über geeignete Systeme im Gebäude zu nutzen.

Dieses Prinzip lässt sich in umgekehrter Weise auch zur Kühlung verwenden. Dabei wird überschüssige Wärme an den Untergrund abgegeben. So ist mit der Geothermie bei geeignetem Untergrund eine saisonale Speicherung von Kühl- und Heizenergie möglich.

Das Erdreich kann als Energiequelle auf verschiedene Art nutzbar gemacht werden. Da gibt es die vertikalen Erdsonden, die horizontal verlegten Erdkollektoren, die Grabenkollektoren und die in Streifenfundamenten und Bodenplatten eingelegten Absorbersysteme. Bei den letztgenannten Möglichkeiten ist das Erdreich als Energiequelle ziemlich begrenzt und bei den Erdsonden sind die Kosten für die Bohrarbeiten und den Einbau der Sonde beträchtlich.

Erdwärme gibt es auch in Deutschland im Überfluss. Man muss nur tief genug bohren. Um die im Gestein gespeicherte Wärme nutzen zu können, muss eine Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, vorhanden sein. Die in der Natur vorkommende Flüssigkeit bezeichnet man als Grundwasserleiter. In den meisten Fällen befinden sie sich nur in geringen Tiefenlagen, aber es kommen auch Tiefen von 500 m bis 2.000 m vor. Sind keine natürlichen Grundwasserleiter vorhanden, gibt es verschiedene Verfahren, um die im Gestein gespeicherte Wärme an eine Flüssigkeit abzugeben.

Beträgt die Temperatur der geothermischen Wärmequelle weniger als 100 °C, kann die Wärme direkt zum Heizen genutzt werden. Dabei wird der Wärmeinhalt der geothermischen Flüssigkeit mit einem Wärmetauscher an einen Heizkreislauf abgegeben. Grundsätzlich ist diese Methode für alle Anwendungen in der Wärmenutzung oder Klimatisation verfügbar: für Siedlungen oder Einzelgebäude, für industrielle Gebäude und Treibhäuser, ebenso für Thermal- oder Hallenbäder.

Ist die Temperatur der Wärmequelle zu niedrig, wird an die Produktionsanlage eine Wärmepumpe angekoppelt. Die Pumpen entnehmen die Wärme aus dem Wasser oder dem Erdreich, das dabei abkühlt und heizen damit das Gebäudeinnere. Mit einer Wärmepumpe lässt sich sogar 10 bis 12 Grad kaltes Grundwasser zu Heizzwecken aufbereiten. Wärmepumpen sind prädestiniert für die Nutzung von Geothermie.

Als Wärmetauscher kommen Erdwärmesonden oder Erdwärmekollektoren zum Einsatz. Erdwärmesonden sind vertikale Wärmetauscher, installiert in Bohrungen mit einer Tiefe von 50 bis 300 m. Sie werden für Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie für kleine Wohnblöcke verwendet. Bei Erdwärmekollektoren werden die Rohre, im Gegensatz zu den Erdwärmesonden, horizontal in Schlaufen verlegt. Diese Technik ist allerdings weniger verbreitet.