Geothermie: Ausbau erneuerbarer Ressourcen zur Deckung des zukünftigen Energiebedarfs

Geothermie ist, einfach ausgedrückt, die Wärme, die unter der Erdoberfläche vorhanden ist. Aufgrund des kontinuierlichen langsamen Zerfalls radioaktiver Partikel in der Nähe des Erdkerns ist Geothermie eine der wenigen erneuerbaren Energiequellen auf unserem Planeten. Wir können die Energie für Heiz-, Kühl- und Stromanwendungen nutzen, indem wir sie aus Speicherquellen gewinnen – im Allgemeinen Gestein und Flüssigkeiten. Um diese Wärme zu nutzen, werden Brunnen gebohrt, um unterirdische geothermische Reservoirs zu erreichen – den Bereich des lokalen Untergrunds, der sich optimal für die Erzeugung von erhitztem Wasser und Dampf eignet.

Die Vorteile der geothermischen Energieerzeugung sind vor allem ökologischer Natur, da diese Energiequelle nur knapp 17 % des CO2 erzeugt, das ein sauberes Erdgaskraftwerk erzeugt. Im Gegensatz zu Sonnen- und Windenergie ist Erdwärme ständig verfügbar und damit die am leichtesten zugängliche Quelle für die Energieerzeugung aller erneuerbaren Energien. Auch die wirtschaftlichen Vorteile der Erdwärmeenergie im Vergleich zu konventioneller Energie sind beträchtlich, da sie gegenüber herkömmlichen Methoden der fossilen Brennstofferzeugung Einsparungen von über 80 % ermöglicht.

Zur Gewinnung geothermischer Energie werden drei Technologien eingesetzt, die jeweils unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten und optimale Anwendungsmöglichkeiten bieten.

1. Direkt genutzte Geothermie
2. Erdwärmepumpen
3. Tiefe und erweiterte Geothermiesysteme

Direkt genutzte geothermische Systeme nutzen unterirdisches Grundwasser, das durch geologische Prozesse erhitzt wird. Dazu wird heißes Wasser oder Dampf aus einem geothermischen Reservoir durch einen gebohrten Brunnen gepumpt. Sobald das Wasser die Oberfläche erreicht, wird es entweder direkt verwendet oder durch einen Wärmetauscher geleitet. Je nach den Anforderungen des Systems kann das Wasser zurück in das Reservoir geleitet werden, um eine Erschöpfung der Ressourcen zu vermeiden. Das Wasser aus geothermischen Reservoirs ist im Allgemeinen heiß genug für die meisten Anwendungen zur direkten Nutzung, da natürliche Wassertemperaturen oft über 200 Grad Fahrenheit liegen. Die häufigsten Anwendungen zur direkten Nutzung geothermischer Systeme sind die Warmwasserversorgung von Gebäuden, die Beheizung und Kühlung von großen Schwimmbädern.

Erdwärmepumpen sind eine relativ einfache Technologie, die den Unterschied zwischen der Lufttemperatur über der Erde und der Erdtemperatur unter der Erde ausnutzt. Unterirdisch verlegte Rohre leiten wärmetransportierende Flüssigkeiten durch das von einer Pumpe angetriebene System und übertragen Wärme auf Strukturen, deren Lufttemperatur niedriger ist als die des Erdreichs. Diese Systeme funktionieren auch umgekehrt und kühlen die Lufttemperatur, wenn die Umgebung darunter kühler ist. Erdwärmepumpen eignen sich am besten für Anwendungen mit direkter Nutzung wie Raumheizung, Raumkühlung und Warmwasserbereitung.

Die Installation und der Betrieb tiefer und verstärkter geothermischer Systeme erfordern häufig Bohrungen von einer Meile oder mehr in die Erdoberfläche, wo das Wasser aufgrund der hohen Drücke konstant flüssig bleibt. Wasser und Dampf gelangen durch einen tiefen Brunnen an die Oberfläche und nutzen die erheblichen Druckschwankungen, um überhitzten Dampf zu erzeugen - eine Voraussetzung für Hochtemperaturprozesse. An der Oberfläche angekommen kann das System die Wärme direkt anwenden oder eine sekundäre Flüssigkeit erhitzen. Nach der Wärmeübertragung fließt das Wasser zur erneuten Verwendung durch das System zurück. Tiefe und verstärkte geothermische Systeme sind die am weitesten verbreitete Technologie für industrielle, landwirtschaftliche und großangelegte kommerzielle Anwendungen. Die erzeugte Energie treibt eine Turbine an, um Strom zu erzeugen und zu speichern. Dabei wird kein Brennstoff benötigt und die Betriebskosten sind sehr gering.