Was ist Geothermie?

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In meinem heutigen Beitrag möchte ich euch die Geothermie als eine regenerative Energiequelle vorstellen. Laut Wikipedia würde die gespeicherte Energie in den ersten 3000 m Tiefe der Erdkruste ausreichen, um die Menschheit für etwa 100.000 Jahre mit Energie zu versorgen.

Was ist Geothermie?

Geothermie ist Erdwärme und beschreibt die in der oberen Schicht der Erdkruste gespeicherte Energie. In dieser Beschreibung wird deutlich, dass sich die Geothermie nur auf den zugänglichen Teil der Erdkruste als Energiequelle beschränkt. Denn auch wenn ca. 99 % der Erde heißer als 1000 °C sind und nur 0,1 % kühler als 100 °C, ist derzeit nur ein Bruchteil der vorhandenen Erdenergie nutzbar. Im Folgenden möchte ich euch die nutzbaren Wärmequellen und deren Lagerstätten vorstellen.

Erdwärmeförderung in Island - (c) by Johann Kristjonsson CC BY-ND 2.0 - Lizenz, Flickr: Johann kr

Erdwärmeförderung Island – Foto von Johann Kristjonsson, CC BY-ND 2.0

Wärmequellen und Lagerstätten

Man kann die Geothermie unter der Berücksichtigung von Tiefenlage, Temperatur und Gestein in zwei Geothermiearten (oberflächennahe- und tiefe Geothermie) und vier unterschiedliche Lagerstättentypen unterteilen. Die Lagerstättentypen entsprechen dabei dem jeweiligen Wärmeinhalt (Enthalpie) einer Lagerstätte.

Die oberflächennahen Energiequellen, welche bis zu einer Tiefe von 500 m zählen, werden zur indirekten Nutzung zum Heizen und/ oder Kühlen verwendet. Die tiefen geothermischen Energiequellen werden meist zur direkten Nutzung im Wärmemarkt oder zur indirekten Nutzung für die Stromerzeugung verwendet.

Oberflächennahe Geothermie

Die nutzbare oberflächennahe Geothermie befindet sich in einem Bereich von 1 bis maximal 200 m Tiefe. Sie wird aufgrund ihres geringen Wärmeinhaltes auch Tiefenthalpie genannt. Als Energiequelle dienen das oberflächennahe Erdreich, Festgestein oder Grundwasser mit Temperaturen von 0 °C bis 15 °C.

Als bewährte Nutztechnik kommen in der oberflächennahen Geothermie Wärmepumpen mit Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonsonden oder Grundwasserbrunnen zum Einsatz. Diese sind in der Lage, die entzogene Energie aus dem Erdreich in Heizenergie umzuwandeln.

Tiefe Geothermie

Niedrigenthalpie

Die Niedrigenthalpie befindet sich in einem Bereich von ca. 500 bis 3000 m. Als Energiequellen dienen 35 °C bis 80 °C warme Thermalgewässer oder Tiefenaquifere (Grundwasserleiter). Als bewährte Nutztechnik kommen Wärmetauscher oder Wärmepumpen mit Tiefbohrbrunnen im sogenannten „Doublettenbetrieb“ zum Einsatz.

Mittel- bis Hochenthalpie

Die Mittel- bis Hochenthalpie befindet sich in einem Bereich unter 2000 m Tiefe. Als Energiequelle dienen 150 °C bis 300 °C trockenes, heißes Gestein. Als Nutztechnik kommt die sogenannte „Hot-Dry-Rock“ Technologie durch Tiefenbohrung oder künstliche Risse im Gestein zum Einsatz. Die gewonnene Wärme kann zur Stromproduktion, Prozesswärme oder Heizung genutzt werden.

Hochenthalpie

Die Hochenthalpie befindet sich ähnlich wie die Niedrigenthalpie in einem Bereich von ca. 500 – 3000 m. Als Energiequellen dienen Dampfvorkommen im Erdreich mit Temperaturen von mehr als 200 °C. Diese Quellen werden durch Bohrungen angezapft und können anschließend mit Dampfabscheidern, Turbinen oder Kondensatoren in nutzbare Energie umgewandelt werden. Die gewonnene Wärme kann zur Stromproduktion, Prozesswärme oder Heizung genutzt werden.

Fazit

Wenn Hausbesitzer Erdwärme als regenerative Energiequelle nutzen möchten, kommt für diese meist nur der Einsatz von oberflächennaher Geothermie in Frage. Hier gibt es durch den Einsatz von Wärmepumpen eine Vielzahl von Möglichkeiten dem Erdreich Wärme zu entziehen.

Die unterschiedlichen Enthalpietypen in der tiefen Geothermie sind an verschiedene und bestimmte geologische Situationen gebunden. So kann man sagen, dass die Hochenthalpie mit vulkanischen Erscheinungen verbunden sein muss und für die Niedrigenthalpie immer genügend wasserdurchlässige Schichten vorhanden sein müssen, die einige Kilometer tief sind.

Für Mittel- bis Hochenthalpielagerstätten werden künstliche Klüften benötigt, die in einer Tiefe von bis zu 3000 m mit Hilfe der „Hot-Dry-Rock“ Technologie heißem Gestein Wärme entziehen.

Ich hoffe ich konnte euch mit diesem kleinen Beitrag einen ersten Einstieg in die regenerative Energiequelle Geothermie geben. In meinem nächsten Beitrag zur Geothermie werde ich über den Temperaturverlauf im Erdreich berichten. Falls ihr Fragen, Anregungen oder Kritik habt, nutzt die Kommentarfunktion.

Liebe Grüße! Martin

Weiterführende Links und Quellen:
Wikipedia – Geothermie
Wikipedia – Hot-Dry-Rock-Verfahren
Wikipedia – Grundwasserleiter
Geothermie.ch
Geothermie Marktschwaben
Erdgekoppelte Wärmepumpen – Geschichte, Systeme, Auslegung, Installation, Dipl.- Geol. Burkhard Sanner, IZWBerichte 2/92, November 1992
VDI 4640 Blatt1: Stand Dezember 2000 – Thermische Nutzung des Untergrundes – Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte

Titelbild: Das Titelbild ist von Nico Kaiser und steht unter der Creative Commons Lizenz CC BY 2.0 – Link zum Foto: http://www.flickr.com/photos/nicokaiser/6768331297/
An dem Bild wurden folgende Veränderungen vorgenommen: Bildzuschnitt


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