Geothermie
Erdwärme oder Geothermie kann direkt als Wärmequelle genutzt werden, oder als Energiequelle, um daraus Strom zu erzeugen. Der natürliche Wärmefluss der Erde – die geothermische Energie – steht dabei grundsätzlich überall und jederzeit zur Verfügung.
Die direkte Nutzung von Erdwärme zur Wärmeversorgung ist in Deutschland bereits kommerziell erfolgreich: im Gebäudebereich mit oberflächennahen Wärmesonden oder -kollektoren in Kombination mit Wärmepumpen sowie zur Versorgung ganzer Stadtviertel mittels Tiefbohrungen. Laut Bundesverband Geothermie erzeugen über 470.000 oberflächennahe Anlagen eine Wärmeleistung von etwa 4.700 Megawatt. Allein im Jahr 2022 wurden etwa 31.000 solcher Anlagen neu installiert. Zusätzlich erzeugen über 40 Heiz- bzw. kombinierte Heizkraftwerke im Bereich der tiefen Geothermie – ab Tiefen von mehr als 400 Metern – weitere rund 417 Megawatt Wärmeleistung.
Die Menge des in Deutschland aus Erdwärme erzeugten Stroms spielt im Vergleich zur Wärmeerzeugung bisher eine untergeordnete Rolle. Denn um aus Erdwärme Strom erzeugen zu können werden Temperaturen von 150 bis 200 Grad Celsius benötigt. Unter den geologischen Bedingungen in Deutschland sind dazu Tiefbohrungen von bis zu fünf Kilometern nötig, was neben hohen Kosten auch mit vielen wissenschaftlichen Herausforderungen verbunden ist. Die 12 Kraft- und Heizkraftwerke, die laut Bundesverband Geothermie aktuell zur Stromproduktion genutzt werden, kommen zusammen auf eine installierte elektrische Leistung von unter 50 Megawatt.
Kostensenkungen im Fokus
Ziel der Forschungsförderung ist es – neben dem weiteren Ausbau der Wärmeversorgung – die geothermische Stromproduktion voranzutreiben. Im Jahr 2022 hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) 110 laufende Projekte mit rund 18,6 Millionen Euro gefördert sowie 22 Projekte mit einem Fördermittelansatz von knapp 20,7 Millionen Euro neu bewilligt.
Die Forschungsarbeiten reichen von der Exploration der Lagerstätten über die Tiefbohrung, die Auslegung und den Bau von Geothermie-Kraftwerken bis zu detaillierten Materialfragen. Das vorrangige Ziel besteht darin, die benötigten Prozesse kostengünstiger zu realisieren und so die geothermische Stromerzeugung wirtschaftlicher zu gestalten.
Innovative Bohrtechniken stellen einen wichtigen Teil der Forschungsthemen dar, da die Bohrung den Großteil der Anfangsinvestition eines Geothermie-Kraftwerkes ausmacht. Auch der Vorerkundung des Standortes kommt eine besondere Bedeutung zu. Während man zum Beispiel bei der Windenergie den vorhandenen Wind direkt messen und relativ genaue Prognosen für den jeweiligen Standort berechnen kann, ist man bei der Geothermie auf indirekte Messungen angewiesen. Erst nach der Bohrung weiß man, ob die Prognosen zur vorhandenen Wärme zutreffend waren und die Investoren ihr Geld gewinnbringend eingesetzt haben. Das Wissen um die geologischen Schichten des Untergrundes, die thermischen und hydraulischen Eigenschaften oder etwa die Mächtigkeit der geothermisch interessanten Gesteinsschichten ist daher essenziell, um geeignete Standorte zu identifizieren. Auch der Betrieb eines fertiggestellten Geothermie-Kraftwerks, das mit heißen salzhaltigen Thermalwässern inklusive Sanden, Feinkiesen und Ausfällungen umgehen muss, stellt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weiterhin vor Herausforderungen. Wie beispielsweise die Energie heißer Gesteinsschichten durch hydraulische Stimulation zugänglich gemacht werden kann, um einen Standort für die Geothermie zu erschließen, zeigt das Forschungsteam des Verbundvorhabens ZoKrateS.
Technologie aus Deutschland weltweit führend
Forschung und Entwicklung der vergangenen Jahrzehnte haben dazu beigetragen, dass Deutschland im Bereich Geothermie technologisch weltweit führend ist. Hieraus ergibt sich ein hohes Exportpotenzial, insbesondere für mittelständische Unternehmen, etwa bei Bohranlagen, Tiefenpumpen, Hochtemperaturelektronik, Engineering und Prozess-Know-how. Darüber hinaus ist Deutschland auch in internationalen Organisationen, wie der Internationalen Energieagentur (IEA), oder bei europäischen Programmen, wie GEOTHERMICA, aktiv beteiligt, um die benötigte Technologie zu verbreiten und weiterzuentwickeln.
