Erdwärme

Geothermische Energie
Geothermische Energie – auch als Erdwärme bezeichnet – ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Erdoberfläche. Im Erdinnern sind immense Wärmemengen gespeichert, deren Ursprung grösstenteils in der Zerfallsenergie natürlich radioaktiver Isotope liegt. So sind nach heutigen Kenntnissen im Erdkern Temperaturen von über 6000 °C, im oberen Erdmantel noch ca. 1300 °C anzunehmen. Der geothermische Wärmefluss durch die Erdoberfläche beträgt über 40 Milliarden kW.



 

Im Schnitt nimmt die Temperatur ab Erdoberfläche pro 100 m Tiefe um etwa 3 °C zu, was einem normalen geothermischen Tiefengradient entspricht. Vielerorts auf der Welt jedoch finden sich sogenannte Wärmeanomalien, das heisst Gebiete mit wesentlich höheren Temperaturgradienten, beispielsweise in Island, Italien, Indonesien oder Neuseeland.
Hauptanliegen der geothermischen Energienutzung ist es, die Wärme mit Hilfe von geeigneten Technologien aus der Tiefe an die Erdoberfläche zu befördern. An einigen Stellen liefert die Natur selbst das notwendige Zirkulationssystem (z.B. Thermalquellen). Anderswo müssen Erschliessungsbohrungen mit Förderpumpe beziehungsweise Erdwärmesonden mit Zirkulationspumpe eingesetzt werden.

Bei der Verwendung von geothermischen Ressourcen erfolgt eine integrale Wärmeenergienutzung aus dem Untergrund – praktisch ab der Erdoberfläche bis zu technisch-ökonomisch erreichbaren Tiefen von etwa 5000 m. Wärme aus diesen Tiefenbereichen kann auch zur Produktion von Elektrizität verwendet werden (Deep Heat Mining oder Hot-Dry-Rock-Technologie).

In Deutschland beschränkt sich der Grossteil der heute üblichen geothermischen Nutzungen auf die obersten 500 m ab Erdoberfläche.


Vorteile für die Nutzung von Erdwärme  
Geothermie ist eine einheimische und umweltfreundliche Energiequelle. Sie erzeugt weder Luftschadstoffe noch CO2 und ist somit ein idealer Ersatz für fossile Energieträger.  
Geothermie ist ständig verfügbar. Sie hängt nicht von klimatischen Verhältnissen oder von der Jahres- oder Tageszeit ab.  
Da in menschlichen Zeiträumen unerschöpflich, wird Geothermie zu den erneuerbaren Energien gerechnet, ist also «nachhaltig»; das heisst, die Bedürfnisse der heutigen Generation können befriedigt werden, ohne dadurch die Möglichkeiten künftiger Generationen zu beeinträchtigen  
Deutschland verfügt über gute Voraussetzungen zur Geothermienutzung. Sowohl für Ein- und Mehrfamilienhäuser als auch für grössere Überbauungen und ganze Quartiere sind praxiserprobte Lösungen vorhanden.  
An der Erdoberfläche sind geothermische Anlagen kaum sichtbar. Sie beanspruchen wenig Platz am Kopf des Bohrloches.  


Geothermische Nutzungsmöglichkeiten  
Erdwärmesonden sind vertikale Erdreich-Wärmetauscher – meist U-Rohre –, in denen eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert. Derartige Anlagen haben sich technisch und wirtschaftlich sehr bewährt. Bis heute befinden sich in der Schweiz schon über 25'000 Erdwärmesonden in Betrieb.  
Tiefe Erdwärmesonden dringen in Tiefen von 500 m bis 2'000 m vor, wo Temperaturen von bis zu 70 °C herrschen. Bei geschlossenen Tiefen-Erdwärmesonden zirkuliert Wasser in geschlossenen Rohrsystemen. Bei halboffenen Systemen können auch warme Tiefenwässer in den Kreislauf miteinbezogen werden. In beiden Fällen kann die erwärmte Trägerflüssigkeit an der Oberfläche entweder direkt oder mit nachgeschalteten Wärmepumpen zur Energiegewinnung für Heizung und Wassererwärmung verwendet werden.  
Grundwasser ist ein ausserordentlich guter Wärmelieferant für Heizzwecke und Wassererwärmung, bedingt aber ebenfalls den Einsatz einer Wärmepumpe. Grundwassertemperaturen in unserem Land betragen im Mittel 8 °C bis 12 °C und unterliegen, im Gegensatz zu Oberflächengewässern, nur sehr geringen jahreszeitlichen Temperaturschwankungen. Die Förderung des Grundwassers erfolgt entweder durch Einzel- oder Mehrfachbrunnen (Förder- und Schluckbrunnen) und ist konzessionspflichtig. Im Kanton Bern gibt es bereits eine grosse Anzahl derartiger Anlagen.  
Erdregister bestehen aus horizontalen, bis in eine maximale Tiefe von 3 m verlegten Rohrsystemen, die dem Erdreich Wärme entziehen. Die Funktionsweise ist dabei praktisch identisch mit derjenigen von Erdwärmesonden. Dieses System wird zunehmend weniger verwendet.  
Thermalbäder stellen wohl die älteste Form der geothermischen Energienutzung dar. Verwendete man ursprünglich ausschliesslich heisse Quellaustritte an der Erdoberfläche, versuchte man bald mit Hilfe von Bohrungen und Brunnen sowohl die Schüttung als auch die Temperatur zu erhöhen. Heute wird mittels geothermischen Tiefbohrungen Thermalwasser an die Oberfläche gepumpt und nach dem Prinzip der «Kaskadennutzung» unterschiedlichen Heizzwecken zugeführt.