In drei Kilometer Tiefe ist es bereits hundert Grad heiß (2024)

	Erdwärme-Bohrungen nutzen die günstigstenStellen

Daß es im Innern der Erde ziemlich heiß sein muß,weißman schon lange. Beispielsweise merkten es die Bergleute, wenn sie indieTiefe fuhren und es dort zunehmend wärmer statt kälter wurde.Einweiterer Hinweis auf unterirdische Hitze waren Vulkanausbrücheoderheiße Quellen. Schon die alten Römer nutzten natürlicheWarmwasservorkommenzur Errichtung von Bädern, die sie als "thermae" bezeichneten (vongriechischthermos = warm). Diese römischen Thermen waren sozusagen dieerstengeothermischen Anlagen.

Heute nehmen die Wissenschaftler an, daß in der Erdmitte eineTemperaturvon rund 5000 Grad Celsius herrscht. Manche halten auch das doppeltefürmöglich. Genaues weiß man nicht, denn bis zum Erdmittelpunktineiner Tiefe von 6370 Kilometer ist noch niemand vorgestoßen. DietiefstenBohrungen erreichten bisher gerade mal zwölf Kilometer und habendamitdie Erdkruste allenfalls angekratzt.

Immerhin weiß man inzwischen, daß die Temperatur insolchen Bohrlöchern um etwa drei Grad Celsius pro hundert Meteransteigt. Inder Regel wird man deshalb in einer Tiefe von einem Kilometer mitTemperaturen zwischen 30 und 60 Grad rechnen dürfen. In dreiKilometer Tiefe sind es schon 80 bis 120 Grad, und in fünfKilometer Tiefe 130 bis 160 Grad.

Der größte Teil der Erdwärme entsteht durchradioaktiven Zerfall

Es läge nahe, diese Zunahme der Temperatur allein mit derAnnäherung an den flüssig-heißen Erdkern erklärenzu wollen. Hauptursache der Wärme ist aber der Zerfall derradioaktiven Elemente Uran und Thoriumim Gesteinsmantel der Erdkruste. Diese radioaktiv erzeugte Wärmestelltauch etwa zwei Drittel des Wärmeflusses, der aus dem Innern an dieOberflächeder Erde strömt und dort pro Quadratmeter etwa 0,06 Wattbeträgt.

Oberflächennahe "Erwärme" ist gespeicherte Sonnenenergie

Gegenüber der Sonneneinstrahlung von durchschnittlich 250 Watt proQuadratmeterbeträgt der gesamte Wärmefluß, der vom Innern der ErdezurOberfläche strömt und dort abgestrahlt wird, nur denBruchteileines Promilles. Die Sonneneinstrahlung ist deshalb auch entscheidendfürdie Temperaturen direkt unter der Erdoberfläche. Sie sorgtbeispielsweisedafür, daß Grundwasser über das ganze Jahr einekonstanteTemperatur von 7 bis 12 Grad Celsius aufweist. Genau genommen handeltessich bei dem Temperaturniveau, das man auf den ersten paar Metern unterderErdoberfläche vorfindet und mit Hilfe von Wärmepumpen nutzenkann,nicht um "Erdwärme", sondern um gespeicherte Sonnenenergie.

Drei Möglichkeiten zur Nutzung der Erdwärme

Die eigentliche Geothermie nutzt dagegen jene Temperaturen, die vomradioaktiven Zerfall im Gestein und vom flüssig-heißenErdkern herrühren. Sie muß deshalb wesentlich mehr in dieTiefe gehen: Nach der bereits erwähnten Faustregel beispielsweiseauf drei Kilometer, um auf Temperaturen im Bereich von 100 Grad Celsiuszu stoßen. Für Heizzwecke würde das reichen. Um abermit einer Dampfturbine einen Generator anzutreiben undStrom zu erzeugen, müßte das Bohrloch doppelt so tiefsein. Solche Tiefbohrungen sind sehr teuer. Außerdem nehmen mitderLänge des Bohrgestänges die technischen Probleme zu. Manbohrtdeshalb nur dort nach Erdwärme, wo aufgrund von geologischenBesonderheitenbereits in geringeren Tiefen mit ergiebigen Temperaturen zu rechnenist.

Im wesentlichen gibt es die folgenden drei Möglichkeiten,Erdwärme zu nutzen:

• Am einfachsten und billigsten ist die Nutzungnatürlicher Heißdampf- und Heißwasserquellen. ZurVersorgung eines Thermalbads oder vonGewächshäusern können schon 30 Grad Celsius reichen. ZurVersorgungvon Gebäuden mit Heizung und Warmwasser sollten es schon etlicheGrademehr sein. Mit Heißdampf ab etwa 180 Grad können sogar Dampfturbinen zur Stromerzeugungangetrieben werden. In Italien (siehe Larderello)wird auf diese Weise schon seit über hundert Jahren Strom erzeugt.InDeutschland gibt es solche Heißdampf-Vorkommen aber nicht.
• Aufwendiger ist die künstliche Erschließung vonAquiferen, das heißt von Gesteinsschichten, die heißesWasser führen. In der Regelbraucht man mindestens zwei Tiefbohrungen und beträchtlichenPumpaufwand,um das Wasser durch die beiden Bohrlöcher zirkulieren zu lassen.DieseBohrungen sind nicht nur sehr teuer, sondern auch in hohem Grade mitdemRisiko einer Fehlbohrung oder zu geringen Wasserführung belastet.InDeutschland lassen sich an etlichen Stellen solche "Aquifere" mitThermalwassererschließen. Sie liefern aber keinen Heißdampf, mit dem manaufdie übliche Weise Strom erzeugen könnte. Ersatzweisemüssen "binäre" Verfahren zur Stromerzeugung verwendetwerden, wobei der Wirkungsgrad relativ gering ist.
• Das Risiko von Fehlbohrungen läßt sich minimieren unddieZahl der möglichen Standorte für eine geothermische Anlageerheblich erweitern, wenn der Wasserkreislauf durch die Bohrlöcherauf künstliche Weise hergestellt wird. Bei diesem "Hot-Dry-Rock"-Verfahren mußallerdings zuerst das heiße Gestein zwischen den beiden Bohrungenwasserdurchlässiggemacht werden, so daß es als Wärmetauscher fungieren kann.DiesesVerfahren ist noch aufwendiger als die künstlicheErschließungnatürlicher Heißwasservorkommen. Auch damit werden sichin Deutschland kaum normaleDampfkraftwerke betreiben lassen.

Salzhaltiges Wassers erfordert geschlossene Kreisläufe

Bei allen hier skizzierten Verfahren ist das heiße Wasser aus derTiefein der Regel stark mit Salzen belastet. Es muß deshalb in einemgeschlossenenKreislauf durch einen Wärmetauscher zirkulieren und in denUntergrundzurückgeleitet werden, um die geothermischen Anlagen vor KorrosionundAblagerungen zu schützen bzw. um Umweltbelastungen zu vermeiden(Manspricht in diesem Fall von einer "Dublette"). Eine Ausnahme bildet dieVerwendungfür Heilbäder, bei denen der Salzgehalt willkommen sein kann.Eineweitere Ausnahme sind manche Aquifere mit Süßwasser, dasnachder thermischen Nutzung sogar als Trinkwasser dienen kann.