Die Forschung für die noch junge Wärme- und Stromerzeugung aus Geothermie bleibt im Umfang im Vergleich zu Solar-, Wind- und Bioenergie in Deutschland noch zurück. Der Schwerpunkt der Forschungsförderung liegt in der Wärme- und Stromerzeugung aus Tiefengeothermie. In diesem Bereich bestehen erst wenige Pilotanlagen, während die oberflächennahe Geothermie mit der Technologie Wärmepumpe bereits erfolgreich auf dem Markt eingeführt ist.

 

Maßgeblicher Förderer der Forschung im Bereich Tiefengeothermie ist das Bundesumweltministerium (BMU). Zwischen 2004 und 2008 flossen 15,1 % des insgesamt 370 Mio. Euro umfassenden Energieforschungprogramms des Bundesumweltministeriums in den Bereich Geothermie. Im Jahr 2008 unterstützte das BMU 48 laufende Forschungsprojekte mit insgesamt 46,3 Mio. Euro, von denen 12 Projekte ausliefen. Im Jahr 2008 wurden 18 neue Förderprojekte mit einem Volumen von 16,4 Mio. Euro neu bewilligt.

 

Die Forschungsförderung bei der Tiefengeothermie zielte in den letzten Jahren vor allem darauf ab, Risiken und Kosten bei der Exploration geothermischer Vorkommen zu verringern. Das Bundesumweltministerium hat im November 2008 die Schwerpunkte der Forschung im Bereich Tiefengeothermie formuliert:

- Entwicklung von Messverfahren und -geräten für die besonderen Anforderungen der Tiefengeothermie

- Optimierung der Bohr- und der Pumptechniken sowie der Methoden zum Management der geothermischen Vorkommen

- Optimierung der Umwandlungstechniken (Kraft-Wärme-Koppelung, Kalina- und ORC-Verfahren)

 

Mehrere Einzelprojekte zur oberflächennahen Geothermie werden über das Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) gefördert. Dabei geht es vor allem um die Effizienzsteigerung in der Wärmepumpentechnik.

 

Das Bundesumweltministerium hat in drei geothermisch als besonders hoffnungsvoll bewerteten Regionen (süddeutsches Molassebecken, Oberrheingraben und Norddeutsches Becken) mehrere Demonstrationsvorhaben zur Strom- und Wärmeerzeugung aus Tiefengeothermie unterstützt:

 

In Neustadt-Glewe (Mecklenburg-Vorpommern, Norddeutsches Becken) wird aus einer 2.200 m tiefen Bohrung seit 2003 Strom und Wärme im Organic-Rankine-Cycle-Verfahren (ORC) gewonnen. Durch den hier eingesetzten schnell verdampfenden organischen Wärmeträger konnte erstmals schon mit Temperaturen von unter 100°C eine Turbine zur geothermischen Stromerzeugung angetrieben werden (installierte Leistung: 230 Kilowatt).

 

In Soultz-sous-Fôrets (Elsass, Oberrheingraben) befindet sich seit 1987 eines der bisher größten und tiefsten Geothermie-Forschungsprojekte Europas. Bei diesem petrothermalen Projekt wird Wasser in einer Tiefe von 5.000 m in das heiße Gestein gepresst und dort auf 200°C erhitzt (so genannte Hot-Dry-Rock-Technologie (HDR). Bis 2008 hat Deutschland das Projekt mit 31 Mio. Euro unterstützt. In gleicher Höhe flossen weitere Fördermittel aus Frankreich und der EU in dieses Gemeinschaftsprojekt unweit der deutschen Grenze. Im ersten Halbjahr 2008 wurde die Stromerzeugung (installierte Leistung: 1,5 Megawatt, MW) in Soultz aufgenommen.

 

In Landau (Rheinland-Pfalz, Oberrheingraben) unterstützte das Bundesumweltministerium das erste auf die Stromerzeugung ausgelegte geothermische Kraftwerk. Die Anlage bezieht Wärme aus einer 3.400 m tiefen Bohrung. Mit der ORC-Technik wird ein schnell verdampfender Wärmeträger genutzt. Die installierte elektrische Leistung liegt bei 3,8 MW. Die Förderung des ca. 20 Mio. Euro Gesamtinvestitionen umfassenden Projektes betrug 2,5 Mio. Euro.

 

In Groß Schönebeck (Brandenburg, Norddeutsches Becken) arbeitet das Geoforschungszentrum (GFZ) Potsdam an der Erschließung von Tiefengeothermie über eine bereits bestehende, ehemalige Erdgasbohrung mit 4.400 m Tiefe. Hier werden seit 2001 neue Verfahren zur Erschließung tiefer Sandsteine erprobt. In Groß Schönebeck wurde das Gestein künstlich porös gemacht, um einen unterirdischen Wärmetauscher für einen Wasserkreislauf zu schaffen. Die Errichtung eines geothermischen Kraftwerks zur Strom- und Wärmeerzeugung ist geplant. Die Fördermittel des Bundesumweltministeriums für den Standort betragen bis 2008 rund 16 Mio. Euro.

 

In Unterhaching (Bayern, süddeutsches Molassebecken) wird hydrothermale Geothermie genutzt, d.h. unterirdische Thermalwasser werden für die Strom- und Wärmeerzeugung "angezapft". Das 2004 von einer kommunalen Trägergesellschaft initiierte Projekt speist zunächst Wärme aus 3.500 m Tiefe in ein schrittweise wachsendes Nahwärmenetz. Seit Ende 2008 erzeugt die Anlage auch Strom, wobei das besonders effiziente Kalina-Verfahren zum Einsatz kommt (installierte Leistung: 3,36 MW). Die Gesamtinvestitionen beliefen sich auf über 60 Mio. Euro. Dazu wurden 4,7 Mio. Euro Fördermittel des Bundesumweltministeriums bereitgestellt. Zusätzlich unterstützte das BMU die Begleitforschung mit 2,4 Mio. Euro.

 

Der Forschungsbericht der Geothermischen Vereinigung vom Herbst 2008 benennt den aktuellen Forschungs- und Entwicklungsbedarf für die oberflächennahe und für die Tiefengeothermie in Deutschland. Ziele sind demnach für den Bereich der oberflächennachen Geothermie 

- optimierte Bohrverfahren

- die Erforschung alternativer Wärmeträgermaterialien

- Effizienzsteigerungen bei Wärmepumpen 

- die verbesserte Integration von oberflächennaher Geothermie in die Wärmeversorgungssysteme (z.B. mit Wärme- und Kältespeichern).

 

Für die Forschungsentwicklung im Bereich der Tiefengeothermie regt die Geothermische Vereinigung an, die Forschung auf Anlagentechnologien auszuweiten, die sich nicht auf geologische Anomalien konzentrieren, sondern an möglichst vielen Standorten weltweit anwendbar sind. Die Geothermische Vereinigung schlägt ein umfassendes wissenschaftliches Bohrprogramm für Erkundung und Erschließung vor. Ein weiterer Schwerpunkt sollte das Monitoring von Thermalwasserkreisläufen sein.

 

Weitere Informationen:

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Innovation durch Forschung. Jahresbericht 2008 zur Forschungsförderung im Bereich der Erneuerbaren Energien. Berlin 2009.

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie: Energieforschung der Bundesregierung.

Geothermische Vereinigung: Forschungsbedarf Geothermie. Berlin 2008.

 

Forschungsprojekte:

Forschungszentrum Jülich/Projektträger Jülich: Forschungsjahrbuch Erneuerbare Energien 2007/2008.

Genesys Hannover (Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, BGR)

Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ)

Geothermie-Zentrum, Fachhochschule Bochum

PROMETHEUS, Nutzung von Tiefengeothermie mit HDR-Technologie, Ruhr-Universität Bochum