Geothermie

Geothermie ist  Erdwärmeenergie, die zum Großteil durch natürliche radioaktive Zerfallsprozesse im Erdinneren kontinuierlich entsteht. Wärme fließt immer in Richtung geringerer Temperatur. So gelangt die ursprüngliche Erdwärme in für den Menschen zugängliche Tiefen im Bereich der Erdkruste und kann dort unterschiedlich genutzt werden.
Die Temperatur dicht unter der Erdoberfläche beträgt im Mittel etwa 10 °C und nimmt zum Erdinneren hin um etwa 3 °C pro 100 m Tiefe zu. Dort, wo aufgrund besonderer geologischer Strukturen ein größerer Temperaturanstieg zu verzeichnen ist, ist die Nutzung der Geothermie besonders interessant. Neben der Wärmebereitstellung kann dank modernster Kraftwerkstechnik ab Temperaturen von ca. 90 °C auch Strom gewonnen werden.

Die Erde ist aus mehreren Schalen aufgebaut.
Die aus festen Platten bestehende Erdkruste bildet die äußerste Schicht und misst an ihrer dicksten Stelle nur 40 km. Im Vergleich zum gesamten Erdradius von 6.400 km entspricht dies in etwa der Apfelschale in Relation zum gesamten Apfel.
Unterhalb der Erdkruste befindet sich der Erdmantel, welcher in einen oberen und unteren Mantel untergliedert werden kann. Insgesamt besitzt er eine Dicke von ca. 2.900 km. Der obere Teil ist fest, der untere Teil dagegen aus zähplastischem Gestein. Diese Eigenschaft ermöglicht die Ausbildung von Konvektionsströmen und ist somit der Usprung für plattentektonische Prozesse.
An den unteren Erdmantel schließt mit einer Dicke von rund 2.200 km der äußere Teil des Erdkerns an. Dieser besteht überwiegend aus flüssigem Eisen.
Im Zentrum der Erde befindet sich der feste, hauptsächlich aus Eisen und Nickel bestehende Erdkern mit einem Radius von etwa 1.250 km. Die dort vorherrschenden Temperaturen werden auf ca. 5.000 °C geschätzt.

Die geothermische Energie des äußeren Bereichs der Erdkruste (bis 5.000 m Tiefe) kann mit aktuellen Bohrtechniken erschlossen werden.
Allein die Wärmeenergie, die in diesem Bereich der Erdkruste gespeichert ist, könnte den Weltenergiebedarf für die nächsten 100.000 Jahre decken.

Geothermie ist keine Neuentdeckung unserer Zeit, bereits in der Antike wurden natürliche heiße Quellen z. B. für Heilbäder genutzt. Die älteste nachgewiesene Nutzung von einer Thermalquelle ist auf das 5. Jahrhundert v. Chr. datiert. Auch die Römer machten sich die Erdwärme und das aufgeheizte Thermalwasser in Badeanstalten zu Nutze. Den natürlichen Wärmequellen wird seit frühster Zeit eine heilende und therapeutische Wirkung nachgesagt und sie sind oft mit Kureinrichtungen verknüpft. 
Doch Thermalbäder sind nicht die einzige Möglichkeit, die Erdwärme zu nutzen. Von größerer Bedeutung sind heutzutage Fernwärmeversorgung und Stromerzeugung aus regenerativen Energiequellen - Aufgaben, die mit geothermischer Energie bewältigt werden können.

Geothermie ist theoretisch überall nutzbar. Aufgrund ökonomischer und geologischer Aspekte wird zwischen Oberflächen- und Tiefengeothermie unterschieden.

Oberflächennahe Geothermie
Diese Systeme nutzen die im Erdreich gespeicherte Wärme mit Temperaturen von durchschnittlich 25 °C zur Energieerzeugung vor Ort. Bis zu einer Tiefe von 100 m wird eine Erdwärmesonde in den Boden eingebracht, die dem angrenzenden Erdreich Wärme entzieht. Trotz der vergleichsweise geringen Temperaturen eignen sich diese Systeme (Erdwärmesonden, Wärmepumpen) für die Beheizung von einzelnen Gebäuden. Werden mehrere Wärmepumpen kombiniert eingesetzt, lässt sich auch ein größerer Bedarf, wie z. B. bei Schwimmbädern decken.
Das Wärmeträgermedium in den Sonden entzieht der Umgebung (dem Erdreich oder dem Grundwasser) die Wärmeenergie. Diese kann mit Hilfe der Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau angehoben werden. Die Nutzwärme kann zum Heizen und Kühlen von Gebäuden verwendet werden. Eine Erdwärmeheizung ist besonders umweltfreundlich, sie erzeugt keinerlei Schadstoffe und ist besonders wartungsarm und betriebssicher. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Öl-/Gasheizung hat sie darüber hinaus niedrigere Betriebskosten.

Tiefe Geothermie
Die Tiefe Geothermie nutzt Bezugsquellen unterhalb von 400 m und kann extrem heiße, trockene (petrothermale Geothermie) oder wasserführende (hydrothermale Geothermie) Gesteinsschichten erschließen. Diese Art von geothermischen Quellen bezeichnet man als offene Systeme, welche aufgrund ihrer hohen Temperaturen auch zur wirtschaftlichen Stromerzeugung in Geothermiekraftwerken genutzt werden.

Petrothermale Systeme
Das Hot-Dry-Rock-Verfahren (petrothermal) erschließt heiße Gesteinsschichten mit Temperaturen bis zu 200 °C. Gesteinsschichten mit dieser Temperatur erreicht man durch Bohrungen in etwa 5.000 m Tiefe. Zwischen diesen Bohrungen schafft man mit hohen Wasserdrücken neue Fließwege und erweitert gleichzeitig die vorhandenen. So entsteht ein riesiger unterirdischer Wärmetauscher, in dem sich das nach unten gepumpte Wasser erhitzt. Das aufgeheizte Wasser wird über weitere Bohrungen wieder an die Oberfläche gefördert und in einer Kraftwerksanlage zur Stromerzeugung genutzt.

Hydrothermale Systeme
Diese Systeme nutzen im Untergrund vorhandene Heißwasser-Vorräte als Energiequelle zur Versorgung von Städten oder Industrieanlagen mit Strom und Wärme. Dazu wird das heiße Wasser über eine Förderbohrung an die Oberfläche gepumpt, wo es seine Wärmeenergie über einen Wärmetauscher an einen Sekundärkreislauf abgibt. Das abgekühlte Wasser wird anschließend in einem geschlossenen Kreislauf wieder in den Untergrund zurückgeführt. Thermalwasser mit Temperaturen bis zu 100 °C nutzt man direkt zur Wärmeversorgung, Thermalwasser mit Temperaturen über 100 °C zur Wärmeversorgung und Stromerzeugung.

Geothermie ist klimafreundlich
Als umwelt- und klimaschonende Energiequelle leistet die Geothermie einen wichtigen Beitrag zu einem nachhaltigen Energiemix. Wie bei Wind- oder Sonnenenergie werden bei der Geothermie keine Schadstoffe oder CO2- Emissionen freigesetzt.
Geothermie ist eine stabile und verlässliche Energiequelle für die Zukunft.

Geothermie ist unerschöpflich
Unser Heimatplanet birgt ein gigantisches Energie-Reservoir, das uns auf Milliarden Jahre hinaus zur Verfügung stehen wird. Aufgrund der kontinuierlich ablaufenden Zerfallsprozesse im Erdinneren, wird stetig Wärmeenergie freigesetzt, die Nutzung dieser Energie gilt daher als nachhaltig. Allein die Energie, die in den obersten Kilometern der Erdkruste vorhanden ist, würde den Weltenergiebedarf für 100.000 Jahre decken. Dieses enorme Energiepotential bietet die Chance, die Geothermie als wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Energiewende zu nutzen. 

Geothermie liefert Energie rund um die Uhr
Geothermie bietet einen Vorteil, über den kaum eine andere regenerative Energiequelle verfügt: Die in der Erde gespeicherte Wärme liefert unabhängig von Tageszeit, Jahreszeit oder Klimabedingungen umweltfreundlich und wirtschaftlich Energie in ausreichender Menge. Sie ist also grundlastfähig. Und die Technologien, die eine Nutzung dieser enormen Ressourcen ermöglichen, existieren bereits heute.

Geothermie spart Platz
Geothermische Kraftwerke beanspruchen nur einen Bruchteil der Fläche herkömmlicher Kraftwerke. Gerade in Zeiten einer wachsenden Erdbevölkerung ist dies ein wichtiger Aspekt.  Insbesondere die Nutzung von Fernwärme setzt die Nähe zu den Endverbrauchern und eine dezentrale Energieversorgung voraus. Große Kraftwerksanlagen wären hier ungeeignet. Geothermieanlagen sind platzsparend zu errichten und unauffällig im regionalen Siedlungsbild.

Geothermie ist preisstabil
Nutzer von Erdwärme sind unabhängig von den ständig schwankenden und steigenden Öl- und Gaspreisen. Strom und Wärme aus Geothermiekraftwerken besitzen eine hohe Preisstabilität, da die eigentliche Primärenergie kostenlos ist und nur die Unterhaltungskosten des Kraftwerkes berechnet werden müssen.
 
Geothermie macht attraktiv
Geothermische Energie ist innovativ, leistungsfähig und umweltschonend. Sie bietet Kommunen die Möglichkeit, ein zukunftsorientiertes Image aufzubauen - und sich damit wichtige Standortvorteile zu sichern.

Unternehmen können durch den Betrieb Erdwärme-basierter Anlagen oder auch durch den Erwerb von Emissionszertifikaten ihre Ökobilanz verbessern.

Durch Contracting-Modelle und staatliche Fördermittel bietet geothermische Energie bereits heute entscheidende wirtschaftliche Vorteile für Kommunen.