Geothermie - Die Kraft der Zukunft?

Geothermie - Die Kraft der Zukunft?

Erdw├Ąrme ist eine Energiequelle mit gro├čer Kraft, mit der die W├Ąrme der Erde genutzt werden kann. Sie birgt gro├čes Potential, aber auch Gefahr.

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Die Hauptanwendung der Geothermie liegt in der W├Ąrmegewinnung, doch es ist auch m├Âglich mit einer geothermischen Anlage elektrische Energie zu produzieren.

Achtung, Verwechslungsgefahr: Erdw├Ąrme ist nicht das gleiche wie die Fernw├Ąrme.

Energiepotenzial unter der Erde

Zumindest theoretisch ruht ein unfassbar gro├čes Energiepotenzial unter der Erdoberfl├Ąche: die Erdw├Ąrme. Diese stammt aus dem Zerfall nat├╝rlicher Radionuklide in Gesteinen der Erdkruste, sowie aus dem W├Ąrmeaustausch mit dem tieferen Erdmantel. Zwar sind 99% des Erdvolumens hei├čer als 1000 ┬░C, wir k├Ânnen derzeit aber nur ein Bruchteil davon technisch nutzen. Das liegt unter anderem daran, dass wir nur einen geringen Teil erreichen. Mittels Bohrungen k├Ânnen wir den Tiefenbereich von wenigen Metern bis derzeit etwa 5 km Tiefe erreichen. Der Ausbaugrad der Geothermie ist sehr gering. Nur etwa 7% aller bekannten nat├╝rlichen Hei├čwasservorkommen werden derzeit genutzt.

Um die W├Ąrme im Festgestein oder Tiefenwasser nutzen zu k├Ânnen, werden unterirdische W├Ąrmetauscher ben├Âtigt. Dabei gibt es sowohl geschlossene Systeme (etwa Schlauchkreisl├Ąufe) als auch offene Systeme (zum Beispiel Grundwasser- oder Thermalwasserbohrungen).

Auch unterscheidet man direkte und indirekte Geothermie:

  • Direkte Geothermie: Schon im antiken Rom wurden Thermalquellen genutzt, etwa f├╝r die B├Ąder, um die gro├čen Badehallen und deren Becken zu heizen. Direkte Nutzung ist besonders dann vorteilhaft, wenn nicht zu hohe Temperaturen ben├Âtigt werden. Das kann etwa bei der Warmwasserheizung oder bei der Tierzucht der Fall sein. In ├ľsterreich sind ├╝ber 70.000 Erdw├Ąrmepumpen installiert.

  • Indirekte Geothermie: Die indirekte Nutzung der Geothermie ist hingegen technisch wesentlich aufw├Ąndiger und eignet sich auch f├╝r die Stromerzeugung. Hierf├╝r werden Bohrungen in teils gro├čer Tiefe ben├Âtigt. Je n├Ąher die Hochtemperaturen an der Oberfl├Ąche sind, desto einfacher ist es. So etwa in den vulkanischen Regionen Island, Indonesien oder Neuseeland. Diese L├Ąnder haben aktive Vulkane, deren W├Ąrme mit vergleichsweise geringem Aufwand erm├Âglicht Geothermie zu nutzen.

In ├ľsterreich gibt es kaum Stellen, an denen geothermal direkt unter der Erdoberfl├Ąche im gr├Â├čeren Stil Strom erzeugt werden k├Ânnte. Deshalb m├╝ssten Bohrungen in gro├čer Tiefe durchgef├╝hrt werden. Bei uns gibt es nur neun geothermische W├Ąrmeheizwerke mit einer Gesamtleistung von ca. 95 MW, von denen aber nur an zwei Standorten auch elektrische Energie erzeugt wird - wobei die installierte Gesamtleistung beider Anlagen mit 1,2 MW sehr gering ist.

Geothermische Kraftwerke

Prinzipiell funktionieren alle Kraftwerke der Geothermie nach einem Prinzip: Durch Dampf wird eine Turbine angetrieben, die Strom herstellt. Auf gleicher Basis funktioniert auch ein W├Ąrmekraftwerk. Dabei verf├╝gen diese Kraftwerke ├╝ber enormes Potenzial, allerdings nur, wenn sich der Standort eignet.

Das Trockendampf-Kraftwerk

In der Vergangenheit etablierten sich mehrere Typen von Geothermie-Kraftwerken. Der ├Ąlteste Typ ist das Trockendampf-Kraftwerk. Die Funktionsweise ist einfach: Man pumpt kaltes Wasser in die Tiefe, das auf hei├čes Gestein trifft. Das verwandelt sich in hei├čen Dampf, der aufsteigt und in eine Dampf-Turbine geleitet wird. So kann durch hei├čen Dampf aus mehreren tausend Metern mittels einer Turbine Strom erzeugt werden.

Voraussetzung f├╝r die Trockendampf-Anlage sind eine Temperatur des aufsteigenden Dampfs von mindestens 180 Grad Celsius. Au├čerdem ist die Auslastung des Kraftwerks begrenzt. Es darf nicht zu viel kaltes Wasser auf einmal auf das Gestein treffen, weil es sonst zu einer Abk├╝hlung kommt.

Das Entspannungsdampf-Kraftwerk

Eine andere Option ist ein Entspannungsdampf-Kraftwerk. Wie beim Trockendampf-Kraftwerk werden zwei Bohrungen vorgenommen. Hier wird 180 Grad Celsius hei├čes Wasser in die Tiefe gepumpt, dass bei der Produktionsbohrung gro├čteils in Form von Wasserdampf wieder aufsteigt. In einem l├Ąngeren System wird das Wasser an der Oberfl├Ąche weitergeleitet. Hier sinkt der Pumpdruck weiter, wodurch noch mehr Wasserdampf entsteht. Schlussendlich wird der Wasserdampf durch eine Turbine geschleust, welche wiederum Strom erzeugt.

Der Dampf und das fl├╝ssige Wasser wird im finalen Schritt durch einen Kondensator geschleust und wieder erhitzt in die Injektionsbohrung gepumpt. So wird die geothermische Stelle nicht verbraucht. Vorteilhaft ist das Entspannungsdampf-Kraftwerk f├╝r die Stromerzeugung nur, wenn bereits hei├čes Wasser (180┬░C ist notwendig) an der Oberfl├Ąche nat├╝rlich vorhanden ist.

Das Bin├Ąr-Kreislauf-Kraftwerk

Ganz ├Ąhnlich dem Entspannungsdampf-Kraftwerk funktioniert das Bin├Ąr-Kreislauf-Kraftwerk. Der Unterschied ist jedoch, dass mit geringeren Temperaturen gearbeitet werden kann. Bereits bei Wasser mit einer Temperatur von 57 Grad Celsius funktioniert die Anlage. Genutzt wird jedoch eine zweite Fl├╝ssigkeit, die einen geringeren Siedepunkt hat. Das kann zum Beispiel Pentan, Butan oder Iso-Butan sein. Sie wird mit dem hei├čen Wasser vermischt und in die Tiefe gepumpt. Dank des niedrigeren Siedepunkts steigt das Gemisch auf. Die Zweitfl├╝ssigkeit kann dann zum Antrieb einer Turbine genutzt werden.

Diese Variante ist eher f├╝r Tiefen mit vergleichsweise geringeren Temperaturen geeignet. Die Zweitfl├╝ssigkeit bietet jedoch auch hier die M├Âglichkeit, noch relativ g├╝nstige Gelegenheiten zur nachhaltigen Herstellung von Strom zu nutzen.

Eine zukunftsweisende Technologie?

Die Vorteile der Geothermie-Kraftwerke liegen darin, dass Strom erzeugt werden kann, ohne die Umwelt zu sch├Ądigen oder endliche Ressourcen abzubauen. Bei allen Typen von Kraftwerken entsteht kein CO2 bei der Stromerzeugung. Dank langj├Ąhriger Erfahrung kommt es kaum vor, dass es zu einer zu starken Abk├╝hlung des Gesteins in der Tiefe kommt, die die Produktion stoppt.

Probleme der Geothermie

Die n├Âtigen Injektions- und Produktionsbohrungen verursachen kleine Erdbeben. Dadurch kann es zu Rissen in den H├Ąusern und signifikantem Sachschaden kommen. So etwa im bayerischen Staufen, bei der eine Bohrung eine Verbindung zwischen dem tiefer liegenden, unter Druck stehenden Grundwasser und einem in Gipskeuperschicht gebettetem, h├Âher liegenden Calciumsulfat schuf. Resultat war die Entstehung von Gips, die eine Ausdehnung der Masse um 60 Prozent bewirkte. So wurde der Stadtkern um 60 Zentimeter angehoben, sowie um 40 Zentimeter nordw├Ąrts verschoben. Dabei wurden ├╝ber 270 H├Ąuser besch├Ądigt, der Sachschaden betr├Ągt mehr als 50 Millionen Euro.

Risikobehafteter als andere

Im Gegensatz zur Solarindustrie oder der Windkraft, tr├Ągt die Geothermie ein bedenkliches Risiko f├╝r Sachsch├Ąden durch Erdbeben in sich. Zwar wird sie teilweise f├╝r W├Ąrmepumpen f├╝r private Haushalte genutzt, doch die Sorge bei gr├Â├čeren Projekten zur Stromerzeugung bleibt.

( Zuletzt aktualisiert: 22.05.2023. Urspr├╝nglich ver├Âffentlicht: 12.01.2023 )

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├ťber die Autorin
Geschrieben von Mag. Victoria Breitsprecher, MA
Mag. Victoria Breitsprecher, MA
Victoria ist technische Redakteurin bei tarife.at. Sie bringt hochkomplizierte, technische Begriffe in eine verst├Ąndliche Sprache. Unterst├╝tzung bekommt die Technik-Liebhaberin von ihrem B├╝ro-Hund, Herr Baron ­čÉÂ.

H├Ąufige Fragen zum Thema Geothermie - Die Kraft der Zukunft?

Was ist Geothermie?

Geothermie oder Erdw├Ąrme ist eine Energiequelle mit gro├čer Kraft, mit der die W├Ąrme der Erde genutzt werden kann. Sie birgt gro├čes Potential, aber auch Gefahr. Mit der Fernw├Ąrme hat sie aber nichts zu tun.

Erdw├Ąrme stammt aus dem Zerfall nat├╝rlicher Radionuklide in Gesteinen der Erdkruste, sowie aus dem W├Ąrmeaustausch mit dem tieferen Erdmantel. Zwar sind 99% des Erdvolumens hei├čer als 1000 ┬░C, wir k├Ânnen derzeit aber nur ein Bruchteil davon technisch nutzen. Das liegt unter anderem daran, dass wir nur einen geringen Teil erreichen. Mittels Bohrungen k├Ânnen wir den Tiefenbereich von wenigen Metern bis derzeit etwa 5 km Tiefe erreichen. Der Ausbaugrad der Geothermie ist sehr gering. Nur etwa 7% aller bekannten nat├╝rlichen Hei├čwasservorkommen werden derzeit genutzt.

Welche Vorteile und Nachteile gibt es bei der Geothermie?

Die Vorteile der Geothermie-Kraftwerke liegen darin, dass Strom erzeugt werden kann, ohne die Umwelt zu sch├Ądigen oder endliche Ressourcen abzubauen. Bei allen Typen von Kraftwerken entsteht kein CO2 bei der Stromerzeugung.

Im Gegensatz zur Solarindustrie oder der Windkraft, tr├Ągt die Geothermie ein bedenkliches Risiko f├╝r Sachsch├Ąden durch Erdbeben in sich. Zwar wird sie teilweise f├╝r W├Ąrmepumpen f├╝r private Haushalte genutzt, doch die Sorge bei gr├Â├čeren Projekten zur Stromerzeugung bleibt. Die n├Âtigen Injektions- und Produktionsbohrungen verursachen kleine Erdbeben. Dadurch kann es zu Rissen in den H├Ąusern und signifikantem Sachschaden kommen.

Wie funktioniert Geothermie?

Prinzipiell funktionieren alle Kraftwerke der Geothermie nach einem Prinzip: Durch Dampf wird eine Turbine angetrieben, die Strom herstellt. Auf gleicher Basis funktioniert auch ein W├Ąrmekraftwerk. Dabei verf├╝gen diese Kraftwerke ├╝ber enormes Potenzial, allerdings nur, wenn sich der Standort eignet.