Energie-Frage der Woche: Wie viel Energie steckt im Innern der Erde?

99 Prozent der Erde sind heißer als 1000 Grad Celsius. Im Erdkern steigen die Temperaturen auf bis zu 7000 Grad an. Insgesamt summiert sich in unserem Planeten die Leistung auf Tausende Milliarden Watt. Seinen Ursprung hat dieses Reservoir zum einen in der Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren und zum anderen im fortlaufenden radioaktiven Zerfall langlebiger Isotope der Elemente Uran, Thorium und Kalium. Doch warum liegt trotz dieser gewaltigen Energiemengen der Anteil der Erdwärme am Energieverbrauch noch immer weit unter einem Prozent?

Island: Insel mit eingebauter Heizung

Sowohl Strom als auch Wärme lassen sich mit Geothermie-Kraftwerken im Prinzip günstig und klimaneutral gewinnen. Doch dieser Energieschatz schlummert schwer zugänglich im Untergrund. Im Durchschnitt nimmt die Temperatur nur moderat mit der Tiefe zu: etwa drei Grad pro 100 Meter. Aber an einigen Orten auf der Erde gelangt durch besondere geologische Bedingungen mehr Erdwärme bis an die Oberfläche. Das vulkanisch aktive Island ist ein Paradebeispiel. So deckt im Untergrund aufgeheiztes und verdampftes Wasser, das in geothermischen Kraftwerken über einen Wärmetauscher die Turbinen antreibt, mehr als die Hälfte des Strombedarfs der Atlantikinsel. Sogar etwa 90 Prozent der isländischen Haushalte werden mit Erdwärme beheizt.

Das Nesjavellir-Geothermie-Kraftwerk in Þingvellir, Island, Bild: Gretar Ívarsson – Edited by Fir0002. Bild oben: Flicka
Das Nesjavellir-Geothermie-Kraftwerk in Þingvellir, Island, Bild: Gretar Ívarsson – Edited by Fir0002.

Auch in Deutschland lässt sich Geothermie effizient nutzen, meistens jedoch nicht zur Strom-, sondern zur Wärmegewinnung. Mit Erdwärme aus geringer Tiefe werden weit über 150.000 Wärmepumpenheizungen versorgt. Die installierte Wärmeleistung aus größeren Anlagen mit einer regionalen Ballung im Oberrheingraben summiert sich auf etwa 175 Megawatt. Für die Stromerzeugung benötigen Kraftwerke jedoch Temperaturen von deutlich über 100 Grad Celsius, damit verdampftes Wasser Turbinenräder in Rotation versetzen kann. Wichtige Erfahrungen konnten für solche Geothermie-Kraftwerke im europäischen Forschungsprojekt Soultz-sous-Forets gemacht werden. In der Testanlage im Elsass wird mit dem "Hot-Dry-Rock-Verfahren" Wasser bis in 5000 Meter Tiefe gepumpt, um es bei etwa 200 Grad Celsius zu verdampfen und für den Antrieb von Generatoren zu nutzen.

Wichtiges Pilotprojekt in Norddeutschland ist das Geothermie-Kraftwerk in Neustadt-Glewe, das seit 2004 zehn Megawatt Wärme und ein Viertel Megawatt Strom mit gut 100 Grad heißem Wasser aus 2250 Meter Tiefe liefert. Im Süden sticht das Geothermie-Kraftwerk Landau mit einer Leistung von drei Megawatt heraus. Es wird mit 159 Grad heißem Wasser aus einer etwa 3000 Meter tiefen Bohrung versorgt. Aber trotz dieser viel versprechenden Projekte ist es bis zu einer ausgedehnten Nutzung der Erdwärme zur Stromgewinnung noch weit.

Skepsis der Anwohner nach Erdbeben

So haben die Betreiber von Geothermie-Kraftwerken nicht nur mit teuren Bohrungen und hohen Anforderungen an das Material, sondern auch mit einem Akzeptanzproblem zu kämpfen. Denn wie ein Erdbeben der Stärke 3,4 im Jahr 2006 in der Region Basel zeigte, sind Geothermie-Kraftwerke nicht völlig unbedenklich. Als Ursache des Bebens wurde das Wasser ausgemacht, dass im Rahmen des "Deep-Heat-Mining-Projekts" mit hohem Druck in etwa 5000 Meter Tiefe gepresst wurde. Auch wenn in anderen geothermisch nutzbaren Regionen das Bebenrisiko deutlich geringer ist, stehen Anwohner seitdem den zukunftsweisenden Geothermie-Projekten skeptisch gegenüber. Zurückgewinnen ließe sich verlorenes Vertrauen mit einer völligen Transparenz der Technologien und seriösen Risiko-Bewertungen. Denn das Potenzial der Erdwärme für eine nachhaltige Energiegewinnung ist zu gewaltig, um im Energiemix der Zukunft darauf zu verzichten.

Weitere Informationen:

European Deep Geothermal Energy Programme

Hintergrund: Geothermieprojekte in Deutschland (pdf Dokument)

Die DLR-Energiefrage der Woche im Wissenschaftsjahr "Die Zukunft der Energie"

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Wissenschaftsjahr 2010 unter das Motto "Die Zukunft der Energie" gestellt. Aus diesem Anlass beantwortet der Wissenschaftsjournalist Jan Oliver Löfken in diesem Jahr jede Woche eine Frage zum Thema Energie in diesem Blog. Haben Sie Fragen, wie unsere Energieversorgung in Zukunft aussehen könnte? Oder wollen Sie wissen, wie beispielsweise ein Wellenkraftwerk funktioniert und wie effizient damit Strom erzeugt werden kann? Dann schicken Sie uns Ihre Fragen. Wissenschaftsjournalist Jan Oliver Löfken recherchiert die Antworten und veröffentlicht sie jede Woche in diesem Blog.

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Über den Autor

Der Energiejournalist Jan Oliver Löfken schreibt unter anderem für Technologie Review, Wissenschaft aktuell, Tagesspiegel, Berliner Zeitung und das P.M. Magazin. Derzeit diskutiert er im DLR-Energieblog aktuelle Themen rund um die Energiewende. zur Autorenseite

Kommentare

4 Kommentare | RSS-Feed Kommentare
TK
17. Mai 2010 um 13:28 Uhr

Das Potenzial der Geothermie scheint jetzt unerschöpflich und in der Anwendung unbedenklich aber ebenso schienen vor gut 100 Jahren die heute als fossile Brennstoffe bekannten Energieträger wie Kohle, Öl und Gas schier unendlich und ewig ausreichend. Neben den hier genannten Problemen, sollte man sich ebenfalls vor Augen halten, dass ein künstliches Anzapfen der inneren Erdwärme unseren Planeten auszukühlen vermag. Der Verbrauch ist heutzutage im Vergleich zum Energievorkommen sicherlich noch vernachlässigbar klein aber man stelle sich einmal vor, den kompletten Energiebedarf (Strom und Wärme) durch Geothermie zu decken. Besteht dann nicht die Gefahr einer baldigen Abkühlung der inneren Erdschichten und somit auch ein beschleunigtes Erstarren des flüssigen Erdkernes? Daraus würde doch sicher auch ein schwächer werdendes Erdmagnetfeld resultieren?!
Meiner Meinung nach sollte man bei allen Vorteilen, welche die regenerativen Energiegewinnungsmöglichkeiten bieten, schon heute auch auf deren mögliche Beeinflussung unseres Öko- und Umweltsystems achten, um nicht in 200 Jahren an den gleichen Punkten zu stehen und abermals kurzfristig handeln zu müssen.
Mit freundlichen Grüßen

Jan Oliver Löfken
17. Mai 2010 um 14:56 Uhr

Hallo TK, vielen Dank für ihre Frage. Neben dem Bebenrisiko ist die Gefahr einer Abkühlung des Erdkerns durch geothermische Kraftwerke nicht gegeben. Denn durch Wärmeabstrahlung in den Weltraum, Vulkanausbrüche und Geysir-Aktivitäten werden schon seit Jahrtausenden viel größere Wärmemengen freigesetzt als weltweit verbreitete Geothermie-Kraftwerke jemals "abzapfen" könnten. An die Hitze im Erdinnern wird ein Geothermie-Kraftwerk aus heutiger Sicht niemals herankommen. Durch die Bohrtiefen von wenigen Kilometern ist man auf den äußersten Bereich und Temperaturen von einigen Hundert Grad beschränkt.

Gerhard Riesch
19. Mai 2010 um 13:58 Uhr

Wenn Wasser unter zu hohem Druck Erdbeben auslösen kann, warum benutzt man dann nicht ein 2-Wegesystem mit Wärmetauscher? Also auf der einen Seite ein Niedrigdruckwärmeleitmatreial wie zB. Luft / Wasser / Meerwasser / oder sogar bereits vorhandenes Rohöl, und auf der anderen Seite getrennt durch Wärmetauscher einen Hochdruckkreislauf mit dem gewünschten Trägermaterial? Oder ist das wieder die berühmte Kosten-/Nutzenfrage?

Jan Oliver Löfken
26. Mai 2010 um 10:21 Uhr

Sehr geehrter Herr Riesch, vielen Dank für Ihren Hinweis. Tatsächlich werden in Geothermiekraftwerken bereits Wärmetauscher an der Oberfläche genutzt. Ablagerungen der mineralstoffreichen Tiefenwasser würden sonst zu schnell zu Verstopfungen führen. Doch ein Röhrensystem oder Wärmetauscher in der Tiefe ist weniger sinnvoll. Denn neben den sicher höheren Kosten wäre damit die Kontaktfläche zwischen Wasser und heißem Tiefengestein deutlich geringer. Dann bräuchte das Wasser bei einem möglichst schnellem Durchfluss zu lange, um aufgeheizt zu werden. Zudem soll unter Hochdruck eingepresstes Wasser neue Räume in der Tiefe quasi "freisprengen", um die Effizienz beim Aufheizen zu steigern.