Was ist Geothermie?

Wer sich wie wir auf unserem Blog Ecoquent Positions mit dem Thema Solarthermie in all seinen Facetten beschäftigt, kommt um den Bergriff Geothermie nicht herum. Deshalb und weil wir uns immer mehr auch mit saisonalen Wärmespeichern beschäftigen, soll er an dieser Stelle erklärt werden.

Geothermie – eine Begriffserklärung

Geothermie, auch Erdwärme genannt, ist die Wärme, die in dem Teil der Erdkruste (etwa 30 Kilometer dicke Schicht) gespeichert ist, die uns zugänglich ist. Erdwärme also, die sich der Erde entziehen und nutzbar machen lässt. Als solche zählt Geothermie zu den regenerativen Energien, den Nachhaltigen, den Erneuerbaren!

Geothermie lässt sich im Verbund mit einer Wärmepumpe direkt nutzen, um zu heizen oder zu kühlen. Oder man erzeugt mit ihrer Hilfe elektrischen Strom. In Island ist dies zum Beispiel die wichtigste Quelle von Energie.

Warum ist die Erde warm?

Ohne die Sonne kein Leben auf der Erde, heißt es. Sie spendet uns Licht und Wärme. Doch mitnichten ist es allein die Kraft der Sonne, die unsere Erdkugel erwärmt. Der größte Teil der Erdwärme ist sogenannte Eigenwärme. Die hat verschiedene Ursprünge. Zum einen stammt die Energie aus der Zeit der Enstehung unseres Planeten (geschätzter Anteil an der gesamten Eigenwärme: 30 bis 50 Prozent). Deshalb nennt man diesen Teil auch Restwärme. Sie entstand, als unsere Erde aufgrund der  Gravitation von Materie Energie aufnahm. Entsprechende 70 bis 50 Prozent der Eigenwärme stammen aus dem Zerfall radioaktiver Substanzen im Erdinneren und der Erdkruste sowie den Gezeitenkräften, insbesondere des Mondes, die seit Millionen von Jahren Wärme erzeugen. Nur die äußerste Hülle der Erdkugel erwärmen tatsächlich die Strahlen Sonne und die warme Luft.

Wie warm ist die Erde?

Nach heutigem wissenschaftlichen Erkenntnisstand herrschen im Erdkern etwa 4.800 bis 7.700 Grad Celsius, weiß die Freie Enzyklopädie Wikipedia. Demnach seien gut 99 Prozent der Erdkugel heißer als 1.000 Grad Celsius. Und etwa neun Zehntel des verbleibenden Rests (1 Prozent) seien immer noch heißer als 100 Grad Celsius. Man weiß heute außerdem, dass das Erdreich in einer Tiefe von 1.000 Metern (= 1 Kilometer) nahezu überall eine Temperatur von 35 bis 40 Grad Celsius habe. Ausnahmen: sogenannte geothermische Anomalien, wie man sie beispielsweise in ehemaligen oder aktiven Vulkangebieten antrifft. Hinzu komme ein Batzen kinetischer Energie (Bewegungsenergie), der in der Erde steckt, seitdem ein riesiger Meteorit aufschlug, in dessen Folge sich eine Staubwolke bildete, aus der dann der Mond entstand.

Geothermie: Wärme im Fluss

Die Wärme wird aus dem Inneren kontinuierlich in Richtung Kruste geschoben. Der dabei entstehende Wärmefluss wird auch terrestrischer Wärmestrom genannt, weil sie im wahrsten Sinne des Wortes strömt – dank natürlicher Wärmetransportprozesse wie Konduktion und Konvektion.

Was leistet Geothermie?

Die “aufsteigende Hitze” wird von Experten Wärmestromdichte genannt und im Durchschnitt mit 0,063 Watt pro Quadratmeter angegeben. Allerdings schwankt die Zahl in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Erdkruste und der dort herrschenden Bedingungen (Druck, Feuchtigkeit & Co.). Oftmals greift man mit Hilfe geothermischer Anlagen deshalb die in der äußersten Erdkruste gespeicherte Energie der Sonne und der warmen Luft ab. Die oberflächennnahe Geothermie nutzt die Erdschichten bis zu 400 Metern Tiefe.

Beim Abgreifen der Erdwärme macht man sich verschiedenste Bauteile zu Nutze, die wir an anderer Stelle in diesem Blog vorstellen (siehe eTank, Energiepfahl und andere). Sie alle haben ein Rohrleitungssystem, in dem eine Flüssigkeit zirkuliert, die die Geothermie aus dem Erdreich sammelt. Mit Hilfe einer Wärmepumpe kann die Anlage sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen benutzt werden.

Geothermie: erneuerbar – oder nicht?

Wer sich mit Geothermie auseinandersetzt, kommt nicht umhin, den Aspekt ihrer Erneuerbarkeit zu diskutieren. Denn wer in einem Areal mehr Geothermie abgreift, als auf natürlichem Weg – von Innen aus dem Erdkern oder von Außen über Sonneneinstrahlung und Kontakt mit warmer Luft – nachgeschoben beziehungsweise neu gespeichert wird, der kühlt den entsprechenden Teil der Erdkruste unnatürlich ab. Welche Folgen eine übermäßige Abkühlung langfristig haben kann, ist derzeit noch unklar. Geothermische Anlagen müssen deshalb so installiert werden, dass sie sowohl zeitlich, als auch örtlich dem natürlichen Nachschub an Energie gerecht werden. Auch die im Winter betriebenen Luftwärmepumpen mit konventionellem Strom, lassen sich nur mit einem erneuerbarem Energiemix auch wirklich als erneuerbar bezeichnen, aber das ist eine andere Geschichte.

Theoretisches vs. technisches Potenzial

Es heißt, die Energiequelle Geothermie, die allein in den oberen drei Kilometern der Erdkruste steckt, könnte den derzeitigen Bedarf an Energie der Welt in den kommenden 100.000 Jahren decken. Doch selbst wenn aus unserer Sicht die uns theoretisch zur Verfügung stehende Geothermie unerschöpflich scheint und sie landschaftsschonend und kohlendioxidarm genutzt werden kann, ist sie dies wegen ihrer praktisch nur in Bruchteilen zu nutzenden Anteile bei Weitem nicht.

Geothermie hat jedoch, bei verantwortungsvoller Nutzung im beschriebenen Sinn, das Zeug zur regenerativen Energiequelle, vor allem in Kombination mit anderen Energieformen, wie wir in dieser Serie noch sehen werden. Schon heute, so der Bundesverband Geothermie erwirtschaften geothermische Anlagen weltweit 50,6 Gigawatt thermische und 10,7 Gigawatt elektrische Energie (Zahlen von 2010). Deutschland belegt bei der Gewinnung thermischer Energie mit Hilfe geothermischer Anlagen Platz 5 der Weltrangliste: 2,5 Gigawatt. Mit der erzeugung elektrischen Stroms aus Geothermie rangieren wir auf einem der hinteren Plätze (12,1 Megawatt).

Foto: Doreen Brumme