Kurs: Grundlagen und Perspektiven der Energiewende | OnCourse UB

  • Lektion 6

    • Potentiale und Grenzen von Erd-, Umgebungswärme und Geothermie

      Das Potential der Nutzung von Erd- und Umgebungswärme, sowie der tiefen Geothermie sind in Deutschland groß. Studien der Fraunhofer-Gesellschaft beziffern das Potential der Wärmegewinnung aus oberflächennaher Erdwärme mit 75% des deutschen Wärmebedarfs (vgl. Born et al. (2022)) und das der tiefen Geothermie wird beim derzeitigen technologischen Stand mit ca. 25% des Wärmebedarfs in Deutschland angegeben (vgl. Bracke & Huenges (2021)). Dies ist deshalb besonders relevant, weil viele der anderen Erneuerbaren Energien vor allem der Stromgewinnung dienen. Im Jahr 2024 war Geothermie und Umweltwärme schon die zweitwichtigste erneuerbare Energiequelle für die Bereitstellung von Wärme. Gemessen an dem zugewiesenen Potential ist das ein vergleichsweise geringer Wert.


      Einzuschränken ist aber, dass für die Gewinnung von Wärme mit diesen Technologien auch Strom benötigt wird und die Emissionsbilanz der gewonnen Wärme wesentlich von der Herkunft des Stroms abhängt.


      Emissionsbilanzen von Umweltwärme und tiefer Geothermie
      Die Installation von Sonden, Kollektoren oder Brunnen ist aufwändig und kostet Energie. Die größte Beeinflussung der Umwelt besteht allerdings in der Bereitstellung des Stroms für die Wärmepumpe. Die Umweltbilanz des Stroms, ist wie immer, stark von der Art der Stromgewinnung abhängig. Für die Betrachtung der Emissionen der Nutzung von Erd- und Umgebungswärme wurde wieder von einem zu dem Zeitpunkt üblichen Strommix aus erneuerbaren und fossilen Energiequellen ausgegangen. Für die Emissionen wurde auch die durchschnittliche Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe entsprechenden Typs angenommen. Es ist davon auszugehen, dass die Emissionen stetig sinken, weil die Jahresarbeitszahlen kontinuierlich zunehmen. Wenn Wärmepumpen mit Erneuerbaren Energien betrieben werden, sind die entsprechenden Emissionen deutlich geringer. Wärmepumpen, die mit Erdgas betrieben werden haben im Vergleich eine relativ niedrige Emissionsbilanz, obwohl sie geringere Jahresarbeitszahlen zeigen. Dies liegt vor allem daran, dass die Verbrennung von Erdgas emissionsärmer ist, als die anderer fossiler Energieträger und hier keine zusätzliche Energieumwandlung notwendig ist.

      (Daten: Lauf et al. (2023))


      Die Emissionsbilanz der Tiefengeothermie ist in folgender Tabelle dargestellt. Ein Großteil der Emissionen beruht auf der benötigten Hilfsenergie für Pumpen und ähnliches. Der derzeitige Strommix ist dafür zugrunde gelegt. Insgesamt sind sich tiefe Geothermie und oberflächennahe Technologien in der Emissionsbilanz ähnlich.

      (Tabelle: Lauf et al. (2023), S.68)
    • Seismische Ereignisse durch Nutzung der tiefen Geothermie
      Die tiefe Geothermie ist mit dem Bohren in tiefe Erdschichten verbunden. Vor allem bei der petrothermalen Geothermie werden in die tiefen Schichten des Erdmantels Flüssigkeiten gepresst, mit dem Ziel dortige Gesteinsstrukturen zu verändern. Diese Veränderungen führen zu Erschütterungen, die mit Hilfe der Seismik messbar sind und Aufschluss über die Vorgänge in der Tiefe geben. Diese Erschütterungen sind im Normalfall nicht spürbar und auch nicht gefährlich. Allerdings haben unter bestimmten Bedingungen solche Aktivitäten im Untergrund durchaus das Potential auch für den Menschen spürbare Erschütterungen, genannt Erdbeben, auszulösen. Das ist von anderen Technologien, wie der Öl- und Gasförderung bekannt. Dies ist besonders dann der Fall, wenn in den Gegenden von Natur aus eine hohe Wahrscheinlichkeit für Erbeben besteht. Hier kann eingepresstes Wasser dazu führen, dass tektonische Spannungen eher abgebaut werden, als es ohne das Wasser passieren würden. Das Wasser schmiert quasi die Gesteinsbewegung.

      Beispiel

      Im Jahr 2006 kam es in Basel (Schweiz) zu unerwarteten und spürbaren Erdbeben bei Versuchen zur petrothermalen Geothermie. Es wurden über Wochen immer wieder spürbare Erdbeben verzeichnet, die unerwartet waren und zunächst auch nicht aufhörten, als das Einpressen von Wasser abgebrochen wurde. Die Beben hatten keinen Sachschaden zur Folge, führten aber dazu, dass die dortige Versuchsanlage geschlossen wurde. In der Folge ist die tiefe Geothermie einer erhöhten Skepsis in der Bevölkerung aber auch in Politik und Wirtschaft begegnet, was zu einer Verlangsamung in Forschung und Entwicklung dieser Technologie führte.

      Aus heutiger Sicht sind Bohrungen bezüglich des Auslösens von Erdbeben unproblematisch. Zum Erzeugen hoher Drücke zum aufbrechen tiefer Gesteinsstrukturen wird nur dort geraten, wo die Gefahr der Auslösung von Erdbeben gering ist. Allgemein wird die Gefahr von Erdbeben durch tiefe Geothermie als gering eingestuft, so lange sensible Gebiete dafür gemieden werden (vgl. Stober & Bucher (2020b)).
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