Der Ursprung geothermischer Energie

Im Erdinneren herrschen Temperaturen von 6.000 Grad Celsius (°C). Den physikalischen Gesetzen folgend, wird die Erdwärme vom heißen Erdinneren zur "kühlen" Erdoberfläche transportiert und dort schließlich in den Weltraum abgestrahlt. 99 Prozent unseres Planeten sind heißer als 1.000°C. Von dem verbleibenden Rest sind ca. 99 Prozent immer noch heißer als 100°C.

Der an die Erdoberfläche steigende Energiestroms wird aus dem heißen Erdkern sowie aus dem ständigen Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente in Erdmantel und Erdkruste gespeist. In der Nähe der Erdoberfläche beeinflusst auch die Sonneneinstrahlung die jeweilige Temperatur des Erdreichs bis zu einer Tiefe von 20 Metern. 

Für die geothermische Strom- und Wärmeerzeugung kann die in der Erdkruste gespeicherte Wärme genutzt werden. Theoretisch bietet das natürliche Angebot der Erdwärme das 5-fache des jährlichen Weltenergieverbrauchs. Fast überall hat das Erdreich in 1.000 m Tiefe eine Temperatur von ca. 30-40°C. In Regionen mit geothermischen Anomalien – z.B. in vulkanisch aktiven Gebieten – herrschen bereits in geringen Tiefen von 600-1.500 m Temperaturen von 200°C.

Geothermische Lagerstätten

Geothermische Lagerstätten können nach ihrer verfügbaren Temperatur unterschieden werden. Es gibt Hochenthalpie- und Niederenthalpie-Lagerstätten.

Hochenthalpie-Lagerstätten liegen in Regionen mit geothermischen Anomalien. Dabei treten bereits in geringer Tiefe von 600-2.000 m Temperaturen von über 150°C auf. Wärmeanomalien, an denen Magma aus dem inneren der Erde bis nah an die Erdoberfläche gelangt, sind besonders hoch in Regionen mit vulkanischer Aktivität, im Bereich großer geotektonischer Störungen oder an den Rändern der Erdkrustenplatten (z.B. San-Andreas-Verwerfung/Kalifornien und mittelatlantischer Rücken/Island), an geologischen Gräben (Ostafrikanischer Grabenbruch) sowie im Rückland junger Faltengebirge (Italien).

Niederenthalpie-Lagerstätten befinden sich dagegen im Bereich der Kontinentalplatten (z.B. Mitteleuropa). Die Temperaturen im Untergrund können sehr unterschiedlich sein und liegen zwischen 40-150°C. In der Regel sind tiefe Bohrungen von 3.000-5.000 m notwendig, um die Erwärme für die Wärme- oder Stromerzeugung nutzbar zu machen. Deutschlands geothermische Lagerstätten sind bis auf wenige Ausnahmen wie die Schwäbische Alb mit ca. 10°C Temperaturanstieg je 100 m Tiefe ausschließlich Niederenthalpie-Felder. In Hochenthalpie-Lagerstätten ist die nutzbare Energie durch den höheren Anstieg der Temperatur je 100 m Tiefe weitaus größer.

Die Nutzung der Erdwärme für Wärme- oder Stromproduktion hängt von der zur Verfügung stehenden Temperatur ab. Entscheidend für die eingesetzte Erschließungstechnologie ist das Vorhandensein von Wasser im Untergrund. Es kann in Form von wasserführenden Schichten (Aquiferen) "angezapft" werden. Dann spricht man von hydrothermaler Geothermie. Wird Wasser künstlich in das trockene, heiße Gestein injiziert, spricht man von petrothermaler Geothermie.

Beide Formen der Geothermie-Nutzung zählen zur Tiefengeothermie. Wird auf Erdwärme in weniger als 400 m Tiefe zurückgegriffen, handelt es sich um Oberflächennahe Geothermie.

 

Weitere Informationen:

Geothermische Vereinigung: Wissenswelt Geothermie.

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU): Tiefe Geothermie in Deutschland. Berlin 2007.

BMU: Geothermie - Energie für die Zukunft. Berlin 2004.