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Geothermie

Angesichts der fortschreitenden Knappheit an fossilen Brennstoffen und des weltweit immer weiter zunehmenden Energiehungers werden regenerative Energien in absehbarer Zukunft für den globalen Energiemarkt unerlässlich sein.

Geothermie – Die Lösung für unseren unersättlichen Energiehunger?

GeothermieIn diesem Zusammenhang wird die Geothermie aufgrund ihres hohen Energiepotenzials und der vielseitigen Nutzung als fortschrittliche und zukunftsweisende Energiegewinnungsform verstanden.

Dabei nutzen geothermische Anlagen die im zugänglichen Bereich der Erdkruste gespeiste Wärme um Strom zu erzeugen oder die gespeicherte Wärme weiterzuleiten.

In den folgenden Zeilen dieses Artikels werden neben der geschichtlichen Entwicklung der Geothermie die Funktionsweise einer Geothermieanlage sowie die Vor- als auch Nachteile dieser Technik erläutert.

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Entwicklung geothermischer Anlagen – Zeitlicher Verlauf

Die Wärmeenergie, die von dem Erdkern kontinuierlich an den Erdmantel abgegeben wird, ist so alt wie dieser Planet und existiert somit seit Milliarden von Jahren. Da der Wärmestrom praktisch unendlich ist, wird ihre geothermische Nutzbarmachung als regenerativ oder erneuerbar bezeichnet. Die Erdwärme ist hierbei lediglich als Summe der radioaktiven Zerfalls- und Kristalisationswärme anzusehen.

Und obwohl diese Form der Energie seit Jahrhunderten von Jahren bekannt ist, gelang es der Menschheit die Wärme erst nach der industriellen Revolution energetisch für sich zu nutzen. Zwar beweisen Ausgrabungen und schriftliche Überlieferungen, dass bereits die Römer, Gallier, Kelten und Germanen die Erdwärme in Form von Thermalquellen gebrauchten, nichtsdestotrotz hat die geothermische Umwandlung von Erdwärme zu Energie ihren Ursprung in der kleinen italienischen Ortschaft Landerello.

Erste Nutzung von Erdwärme in römischen Thermalbädern

So versuchte dort erstmals in dem Jahr 1904 eine Gruppe von Wissenschaftlern mit der Energie der Erdwärme eine kleine, dampfgetriebene Turbine zu betreiben, bis schließlich fast ein Jahrzehnt später das erste geothermische Kraftwerk gebaut und für den Grafen Piero Ginori Conti in Larderello an das Stromnetz angeschlossen wurde. Von der ersten Stunde bis hin zu heute haben sich die Verfahren zur Energiegewinnung als auch die geothermischen Anlagen grundlegend verändert.

So wird mittlerweile zwischen der oberflächennachen und der tiefen Geothermie unterschieden, wobei bei Letzterem eine weitere Differenzierung zwischen der hydrothermalen und petrothermalen Geothermie stattfindet. Und obwohl die Energiegewinnung mittels der Geothermie nicht unerhebliche Risiken aufweist, hielt die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe fest, dass die gewonnene Energie durch geothermische Systeme von 2000 mit 1,581 Gigawattstunden zu 2010 mit 5,3 Gigawattstunden alleine in Deutschland um mehr als das Dreifache zugenommen habe.

Energiegewinnung durch Geothermie ist nicht ohne Tücken

Weiterhin sei, auch wenn die Entwicklung im Vergleich zu Deutschland nur sukzessive verlaufe, ein ähnlicher Trend in der weltweiten Energieversorgung erkennbar. Vor allem die Länder Schweden, Island und die Türkei profitieren von ihren geologischen Gegebenheiten und verbuchten in den vergangenen Jahren zusammen einen prozentualen Anteil von knapp über 50 Prozent der globalen Wärmenutzung und Stromerzeugung durch die Geothermie.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet man grundsätzlich zwischen der oberflächennahen und der tiefen Geothermie. Die Gemeinsamkeit beider Methoden besteht darin, dass sie ihrer Umgebung ihre thermische Energie mithilfe geothermischer Systeme wie Kollektoren, Erdwärmesonden, Energiepfählen oder Wärmebrunnenanlagen entziehen und im Falle der Tiefengeothermie in einem hierfür errichteten Kraftwerk speichern sowie in elektrischen Strom umwandeln.

Funktionsweise geothermischer Technologien und Verfahren

Bei der oberflächennahen Variante sind Bohrungen bis in maximal 400 Meter Tiefe, wo die Temperatur etwa 25 Grad beträgt, notwendig. Mithilfe von angebrachten Wärmepumpen wird das Temperaturniveau des nachfolgend durchgeführten Wassers zusätzlich angehoben, damit dieses anschließend zur Wärmenutzung eingesetzt werden kann. Zwar eignet sich eine solche geothermische Nutzung der Erdwärme aus geologischer Sicht in nahezu jeder Region, allerdings werden hierbei nicht die benötigten Temperaturen zur Energiegewinnung erreicht.

Eine Stromgewinnung erfolgt somit erstrangig mittels der Tiefengeothermie, wo der Erdwärme von 800 bis hin zu 6.000 Metern thermische Energie entzogen wird. Eine Differenzierung erfolgt hier zwischen den hydro- und petrothermalen Systemen. Bei der hydrothermalen Geothermie werden unter Einbeziehung des sogenannten „Geothermischen Infomationssystems“, welches sämtliche Daten und Informationen über tiefe Aquifere speist, Grundwasserleiter aufgebrochen und das dort enthaltene Thermalwasser mithilfe eines Druckausgleichs gefördert.

Geothermie – Die erneuerbare Energie der Zukunft?

Anschließend wird dem Wasser seine thermische Energie entzogen und an einer anderen Stelle in den gleichen Grundwasserleiter injiziert, damit ein solcher Vorgang wiederholt werden kann. Bei der petrothermalen Geothermie wird hingegen zwischen zwei Bohrungen ein künstlich erzeugtes Risssystem erschaffen, durch welches ein Wärmeträgermedium wie Wasser oder selten auch Kohlenstoffdioxid getrieben wird.

Dabei findet zuerst die Injektionsbohrung in ein Kluftsystem statt. Über die Injektionsbohrung wird unter enormem Druck Wasser in das System eingeschleust, was ein Aufbrechen der Fließwege zur Folge hat. Eine weitere Förderbohrung erlaubt anschließend das zuvor injizierte Wasser an die Erdoberfläche zu fördern und diesem seine thermische Energie zu entziehen, bevor es anschließend über die Injektionsbohrung wieder in das Risssystem injiziert werden kann.

Vor- und Nachteile der Geothermie

Sowohl die oberflächennahe als auch die tiefe Geothermie eignen sich für die Wärme- und Stromgewinnung. Allerdings sollte hier nicht außer Acht gelassen werden, dass nur ausgewählte Standorte in Frage kommen. Wie jede Form der Energiegewinnung ist auch die Geothermie sowohl mit Vor- als auch Nachteilen behaftet. Der wohl gewichtigste Vorteil ist, dass durch die beschriebenen Verfahren eine stabile und gesicherte Stromversorgung aus einem praktisch unendlich verfügbarem Medium garantiert wird.

Anders als bei herkömmlichen Anlagen erneuerbarer Energiegewinnungsformen ist eine Umwandlung der Erdwärme in elektrischen Strom nicht von klimatischen Bedingungen an der Erdoberfläche abhängig. Geothermische Verfahren können somit zu jedem Zeitpunkt und bei jedem Wetter angewandt werden. Nicht unerheblich ist auch, dass die bei der Geothermie ausgestoßenen Treibhausgase äußerst gering sind und die Geothermie somit eine umweltfreundliche Alternative zu bereits etablierten Energiegewinnungsformen darstellt.

Energiegewinnung mit sehr hohem Wirkungsgrad

Zuletzt umfassen geothermische Verfahren einen sehr hohen Wirkungsgrad, schaffen somit bei entsprechender Nutzung eine Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen und können bei optimalen geologischen Gegebenheiten eines Landes eine absolute Energieautonomie herbeiführen. Nichtsdestotrotz muss festgehalten werden, dass der Bau von Kraftwerken und Turbinen mit erheblich finanziellem Aufwand und die Ausführung der Verfahren mit einem großen Flächenbedarf verbunden sind.

Problematisch ist auch, dass eine Stromerzeugung tatsächlich nur in Regionen mit geothermischen Anomalien rentabel ist. Viele Bauprojekte werden beispielsweise an Orten, an denen bei bereits relativ flachen Bohrungen hohe Temperaturen erreicht werden, verwirklicht. Darüber hinaus können zufällig ablaufende Prozesse auf das Projekt einwirken und den Wärmeertrag vermindern und unplanmäßige Verzögerungen herbeiführen.

Summe der Vorteile überwiegt die Risiken

So wurde ein Geothermieprojekt der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe abgebrochen, da das Bohrloch überraschenderweise mit ausgefälltem Steinsalz verschüttet wurde. Abschließend bleibt festzuhalten, dass die Summe der Vorteile die eher zu kalkulierbaren Risiken überwiegt und die Geothermie aufgrund ihrer Nutzungsvielfalt und dem hohen Wirkungsgrad positive Zukunftschancen für den Energiemarkt zulässt.

Viele Industrieländer haben bereits das unerschöpfliche Potenzial der Geothermie erkannt und finanzieren in ihren Ausbau. Allerdings wird nicht jedes von ihnen sich mit der durch geothermische Anlagen gewonnenen Energie aufgrund suboptimaler geologischer Gegebenheiten selbständig versorgen können. In einem solchen Fall ist die Nutzung mehrerer erneuerbarer Energiegewinnungsformen sinnvoll.