Jedes Kind kennt Vulkane und weiß daher, dass es im Inneren der Erde ziemlich heiß hergeht. An manchen Stellen tritt die geologische Wärme recht weit an die Oberfläche. Mittlerweile gibt es einige Konzepte, diese zu nutzen. Nicht immer ohne Nebenwirkung. So grün kann eine Technologie kaum sein, als dass sie nicht Kritiker auf den Plan ruft. Windräder seien laut und hässlich, Biogasanlagen stänken, Solarfelder würden idyllische Agrarlandschaften in Industriebrachen verwandeln und Wasserkraft bedinge unnatürliche Stauseen, so die Argumente.

Recht ungeschoren kommt in vielen Fällen alleine die Geothermie davon. Die ist ja auch recht unauffällig. Als Wärmepumpe versteckt sie sich in normalen Gebäuden und auch die großen Kraftwerke sind eher unscheinbare Industriebauten. Umso verblüffter ist die Öffentlichkeit, wenn Risse in Gebäuden und überflutete Straßenzüge mit der sauberen Energiequelle in Verbindung gebracht werden. Das kann geschehen, wenn wasserführende, unter Druck stehende Schichten angebohrt und damit geöffnet werden. Das Wasser kann direkt zu Tage treten oder aber in Anhydrit-Schichten wie Keuper eindringen, die dann chemisch reagieren, sich ausdehnen und den Erdboden anheben – Gebäudeschäden inklusive. Glücklicherweise passiert das eher selten.

Geothermie ist eine Technologie, die Know-how erfordert und auch Risiken mit sich bringt – wobei letztere mit zunehmeder Erfahrung durchaus zu bewältigen sind. Die Erdwärme stammt nach aktueller wissenschaftlicher Einschätzung zum Teil (30-50 %) aus Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung, zum größeren Teil (50-70 %) aus radioaktiven Zerfallsprozessen, die in der Erdkruste seit Millionen von Jahren kontinuierlich Wärme erzeugen.

Sehr oberflächennah kommen Anteile aus der Sonneneinstrahlung und aus dem Wärmekontakt mit der Luft dazu. Fast überall hat das Erdreich in einem Kilometer Tiefe eine Temperatur von 35 °C bis 40 °C, in Gegenden mit besonderen geologischen Bedingungen wie Vulkanismus können die Werte auch deutlich höher ausfallen.

Methoden der Gewinnung
Bei der Geothermie unterscheidet man derzeit auf technischer Seite zwischen oberflächennaher und tiefer Geothermie. Die oberflächennahe dient meist zur direkten Nutzung, oft in Form einer Wärmepumpenheizung. Die Bohrungen gehen dabei oft nur wenige Dutzend Meter tief, maximal bis 400 Meter. Für die professionelle Energiegewinnung wird meist die tiefe Geothermie eingesetzt. Denn für eine wirtschaftliche Stromerzeugung sind in der Regel Temperaturen von über 100 °C erforderlich und auch eine industrielle Wärmenutzung braucht höhere Wärme.

In so genannten Niedrigenthalpiegegenden nimmt die Temperatur um etwa 35 bis 40 °C pro Kilometer Bohrtiefe zu. Beliebter sind daher Hochenthalpielagerstätten, die bereits nach wenigen hundert Metern eine sehr hohe Temperatur bereitstellen. Hat die ausgesuchte heiße Stelle eine wasserführende Schicht (Aquifer), so kann aus dieser Wasser gefördert, abgekühlt und reinjiziert werden. Das Verfahren nennt sich hydrothermale Geothermie. Ist das Gestein, in dem die hohen Temperaturen angetroffen wurden, wenig durchlässig und nicht wasserführend, so kann dort Wasser in einem künstlich erzeugten Risssystem zirkuliert werden.

Das Verfahren wird als petrothermale Geothermie oder Hot-Dry-Rock-System (HDR) bezeichnet. Eine weitere Möglichkeit, bei der allerdings eher wenig Energie extrahiert wird, ist eine tiefe Erdwärmesonde, bei der das Wasser als geschlossenes System nur innerhalb der Sonde zirkuliert. Bei der in Deutschland meist angewandten hydrothermalen Stromerzeugung sind hohe Temperaturen nötig. Heiß- und Trockendampfvorkommen mit Temperaturen über 150 °C können direkt zum Antrieb einer Turbine genutzt werden. In Deutschland liegen die üblichen Temperaturen geologischer Warmwasservorkommen aber oft niedriger.

Erst neu entwickelte Organic-Rankine- Cycle-Anlagen (ORC) ermöglichen die Nutzung von Temperaturen ab 80 °C zur Stromerzeugung, indem ein organisches Medium wie Pentan verwendet wird, das bei relativ geringen Temperaturen verdampft und eine Turbine antreibt. Eine andere Methode ist das Kalina-Verfahren. Hier werden Zweistoffgemische, etwa aus Ammoniak und Wasser, als Arbeitsmittel verwendet. Als oberirdisches Frontend dient den meisten Anlagen dann klassische Kraftwerkstechnik.

Wachstumschancen
Strom aus Geothermie liefert den bisher geringsten Beitrag zur regenerativen Stromerzeugung in Deutschland. Dennoch ist mit den ersten kommerziellen geothermischen Kraftwerken seit 2003 die Grundlage für weiteres Wachstum gelegt worden. Im Jahr 2008 wurden die beiden geothermischen Kraftwerke in Neustadt-Glewe und in Landau um eine dritte Anlage in Unterhaching bei München ergänzt. Die installierte Leistung dieser drei Anlagen verdoppelte sich damit auf insgesamt 7,4 MW. Die Stromerzeugung aus Geothermie stieg von 400 000 kWh im Jahr 2007 auf 18 Millionen kWh im Jahr 2008. Hinzu kommt: Geothermie ist grundlastfähig.

Eine Studie des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit zum Ausbau der erneuerbaren Energien erwartet in Deutschland eine Steigerung der installierten Leistung geothermischer Kraftwerke auf 100 MW bis 2015 und auf 280 MW bis 2020. Die Stromerzeugung aus Geothermie soll dann auf 1,8 Milliarden kWh steigen. Optimistischer sind da die Fachverbände. Die Agentur für Erneuerbare Energien etwa hält unter den gegebenen Rahmenbedingungen einen Ausbau auf 563 MW bis 2020 für möglich, womit eine Stromerzeugung von 3,8 Milliarden kWh erreicht werden könnte.

Sowohl die oberflächennahe Geothermie als auch die Tiefengeothermie liefern zudem Beiträge zur Wärmebereitstellung. Das Potenzial der hydrothermalen Geothermie alleine wird auf jährlich etwa 300 Milliarden kWh geschätzt, das Potenzial der oberflächennahen Erdwärmenutzung beträgt, unter Berücksichtigung aller geeigneten Flächen, jährlich rund 261 Milliarden kWh.

Geothermische Vereinigung – Bundesverband Geothermie: www.geothermie.de