Geothermie – was steckt dahinter?

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Titelfoto: ©iStock.com/belfasteileen

In Zeiten des Klimawandels werden in den Augen der Bevölkerung CO2-freie Energieformen immer wichtiger. Damit rückt auch Geothermie immer mehr in den Fokus. Während kleine Anlagen für Privathaushalte, sprich Erd- oder Grundwasserwärmepumpen, bereits durchaus üblich sind, ist das Gesamtpotenzial von Geothermie noch viel größer.

Inhaltsverzeichnis

Immerhin besteht der größte Handlungsbedarf hinsichtlich der Energiewende im Wärmesektor. In Österreich sind rund 50 % des Energieverbrauchs auf Wärmebereitstellung zurückzuführen. Schaut man sich private österreichische Haushalte an, macht sie sogar etwa 71 % des Gesamtenergiebedarfs aus.

Potenzial auch in Österreich

Ziel muss es also sein, Wärmeversorgung von Gebäuden (vollständig) auf erneuerbare Energieträger oder auf dekarbonisierte Fernwärme umzustellen. Eine mögliche Art der Energiegewinnung ist Erdwärme, also die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte thermische Energie. Mit sogenannten Geothermieanlagen könnten ganze Großstädte mit Warmwasser versorgt werden. In Zeiten der Energiewende wird eine grundlastfähige Stromerzeugung immer wichtiger. Geothermie kann dies im Gegensatz zu Photovoltaik oder Wind leisten Island deckt mehr als ein Viertel seines Strombedarfs damit, und schafft es gemeinsam mit Wasserkraft, 100 Prozent seines Stromes erneuerbar bereitzustellen. Ebenso wie das vulkanisch stark aktive Island verfügt auch der südpazifische Inselstaat Neuseeland über zahlreiche an oder knapp unter der Oberfläche liegende heiße Quellen, die leicht erschließbar sind. Geothermie ist in Neuseeland neben der Wasserkraft weit vor Solar- und Windstromanlagen die wichtigste Energieform zur Stromerzeugung.

Auch in Österreich kann Geothermie zur Energiewende beitragen.

Was ist Geothermie?

Geothermie ist jene Energie, die als Wärme in Gestein oder in Grund- und Tiefenwässern gespeichert ist. 

© GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum
© GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum

Konkret wird zwischen oberflächennaher und tiefer Geothermie, die aus einer Tiefe von ab 300 Metern gefördert wird, unterschieden. Tiefe Geothermie wird in Österreich in Form von natürlichem Thermalwasser für Thermalbäder sowie für die Gewinnung von Heizwärme und Strom genutzt, oberflächennahe Geothermie wird mittels Wärmepumpen direkt verwendet. Die Temperaturen in dieser Tiefe belaufen sich auf etwa 25 Grad Celsius. Dieses Wasser wird für die Heizung beziehungsweise Kühlung von Gebäuden oder technischen Anlagen eingesetzt.

Bei der oberflächennahen Geothermie werden geschlossene Rohrsysteme in Bohrlöcher verlegt und kontinuierlich Wasser hochgepumpt. Nachdem das Wasser die Wärme des Untergrunds angenommen hat, wird es an der Oberfläche mittels Wärmepumpen auf die gewünschte Temperatur gebracht.

Um etwa Wärme aus mehreren Tausend Metern Tiefe zu fördern, gibt es zwei Möglichkeiten: Bei der hydrothermalen Technik wird heißes Wasser mit Temperaturen von rund 40 bis mehr als 100 Grad Celsius – ab 100 Grad tritt das Wasser gasförmig auf – über ein Bohrloch nach oben gefördert, wo es dann zum Heizen oder zur Stromerzeugung verwendet wird. Über ein zweites Bohrloch wird das Wasser anschließend wieder in die Tiefe gepumpt.

Bei der petrothermalen Technik (altgriechisch petros: Gestein) wird über eine Bohrung Wasser mit großem Druck in die Tiefe gepresst. Dadurch entstehen im Gestein winzige künstliche Risse und nach und nach ein regelrechtes Netz kleiner, unterirdischer Kanäle. Durch ein anderes Bohrloch wird das Wasser wieder nach oben gefördert und bringt die Gesteinswärme nach oben.

Oberflächennahe Geothermie nutzt Bohrungen bis ca. 400 Meter Tiefe und Temperaturen bis 25 °C für das Beheizen und Kühlen von Gebäuden, technischen Anlagen oder Infrastruktureinrichtungen. Dabei zirkuliert Wasser oder eine Wärmeträgerflüssigkeit in einem geschlossenen Rohrsystem im Untergrund und nimmt die Wärme aus dem Boden auf. Diese Wärme wird an der Oberfläche an die Wärmepumpe abgegeben. Diese wiederum erwärmt Wasser (z.B. für Warmwasser oder die Fußbodenheizung) oder Luft (bei kontrollierter Wohnraumlüftung) auf das zum Heizen notwendige Temperaturniveau. Derzeit sind in Österreich und Deutschland eine Vielzahl oberflächennahe Geothermie-Anlagen im Einsatz (z.B. Erdwärmekollektoren mit Wärmepumpen). 

In der Tiefengeothermie sind hydrothermale und petrothermale Systeme zu unterscheiden. Hydrothermale Systeme setzen im Untergrund an wasserführenden Schichten an und nutzen dieses Thermalwasser zur Energiegewinnung. Unter petrothermaler Geothermie versteht man die Nutzung heißen Tiefengesteins. 

Der weitaus überwiegende Teil der geothermischen Ressourcen ist in den petrothermalen Ressourcen des tiefen Kristallingesteins gespeichert. Diese Ressourcen können unter derzeitigen technisch-wirtschaftlichen Bedingungen jedoch nur begrenzt genutzt werden. 

Hydrothermale Geothermie ist mittlerweile Stand der Technik.

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