Tiefgründige Hitze - scinexx | Das Wissensmagazin
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Geologische Bedingungen

Tiefgründige Hitze

Das Innere der Erde © MMCD

Worunter Bergleute in den vergangenen Jahrhunderten gelitten haben, könnte die Zukunft unserer Energiegewinnung bedeuten: Erdwärme. Nicht nur im Kern unseres Planeten sondern bereits in wenigen hundert Metern Tiefe herrschen schweißtreibende Temperaturen. Durchschnittlich drei Grad Celsius je einhundert Meter nimmt die Temperatur in der oberen Erdkruste zu. Die für die kommerzielle Nutzung dieser kostenlosen Energie benötigten 100°C werden daher durchschnittlich in 3.500 Meter Tiefe erreicht und sind durch Bohrungen anzapfbar.

In Deutschland könnten nach Angaben des BMU rein technisch gesehen fast sechzig Prozent des derzeitigen Wärmebedarfs durch die geothermische Energie gedeckt werden. Hinderlich in der Verwirklichung auch nur eines Bruchteils dieser Energieversorgung ist die ungleiche Verteilung der Wärme im Untergrund: Nicht alle Regionen Deutschlands bringen gleich gute geologische Voraussetzungen mit. Lediglich der Oberrheingraben und Bereiche der Norddeutschen Tiefebene lassen derzeit eine wirtschaftliche Nutzung durch ihre unterirdischen „Wärmeanomalien“ zu. Dies sind Gebiete, in denen durch geologische Störungen heißes Tiefenwasser auch in oberflächennahe Bereiche aufsteigen kann. Diese Anomalien vereinfachen die „Erbohrung“ der Wärme erheblich.

Natürliche Heizschlangen

Jahreszeiteneinfluss auf die Erdtemperaturen © Burkhard Sanner, Geothermische Vereinigung e.V., Geeste / BINE-Informationsdienst

Die technische Nutzbarkeit des Rohstoffs „Wärme“ ist stark von den geologischen und hydrologischen Verhältnissen des Untergrundes abhängig. Eine entscheidende Rolle kommt hierbei den wasserführenden Schichten, den so genannten Aquiferen, zu. Denn bis in eine Tiefe von etwa fünf Kilometern ist das Gestein fast immer von Rissen und Klüften durchzogen. In diesen natürlichen Leitungssystemen zirkuliert Wasser, das die Wärme aus dem Erdinneren aufnimmt, speichert und weiterleitet. Entsprechend ihrer Wassertemperatur werden die Aquifere in heiß (über 100°C), warm (40-100°C) und Niedrigtemperatur (25-40°C) eingeteilt.

Die Geothermie kennt unterschiedliche Verfahren, diese Erdwärme an die Oberfläche zu fördern und zu nutzen: Erdwärmekollektoren und Grundwasserwärmepumpen zapfen beispielsweise die oberflächennahe Wärme bis in eine Tiefe von 100 Metern an. Das hydrothermale Verfahren nutzt die natürlichen Vorkommen von Thermalwassern, während das Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR) die Wärme durch mehrere Kilometer tiefe Löcher aus dem kristallinen und zumeist trockenen Gestein ableitet.

Bei allen Verfahren dient in der Regel einfaches Wasser als Transportmittel für die gewonnene Wärmeenergie. Dieses wird entweder in der Tiefe direkt aus den Aquiferen entnommen oder zunächst aktiv in die warmen Gesteinsschichten eingeleitet und anschließend erhitzt wieder nach oben gepumpt.

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Radioaktive Abwärme

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Überraschenderweise stammt die Wärme des Erdinneren lediglich zu einem Drittel aus dem schätzungsweise 5.000°C heißen Erdkern. Denn weitaus mehr als sechzig Prozent der Wärme entstehen direkt im Erdmantel aus dem Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente wie Uran, Kalium oder Thorium. Auch der Einfluss der Sonnenstrahlung nimmt von der Erdoberfläche in die Tiefe relativ schnell ab. Bereits 15 Meter unterhalb der Oberfläche sind die Temperaturschwankungen durch die Jahreszeiten kaum mehr nachweisbar.

Bis in eine Tiefe von 2.000 Metern ist der Untergrund in Deutschland relativ gut erforscht. Insbesondere die zahlreichen Suchbohrungen nach Erdöl oder Erdgas sowie die systematischen geologischen Kartierungen haben in den letzten Jahren zu einer umfassenden Übersicht des geologischen Aufbaus des Landes geführt.

Aufgrund dieser Daten konnten Wissenschaftler eine Karte der Temperaturverteilung bis in etwa drei Kilometer Tiefe erstellen. Doch wie es weiter in der Tiefe aussieht, ist zumeist pure Spekulation und eine Frage der Wahrscheinlichkeit. Eine Bohrung wie beim Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR) in bis zu fünf Kilometer unter die Erdoberfläche stellt auch immer ein gewisses Risiko dar: Niemand kann mit Sicherheit sagen, ob am Ende der Bohrung auch wirklich die gewünschten heißen Temperaturen ans „Tageslicht“ kommen.

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Stand: 04.11.2004

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Geothermie-Kraftwerke in Deutschland
Technische Spielerei oder ernsthafte Alternative?

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Zum Weiterlesen
Links und Literatur

Tiefgründige Hitze
Geologische Bedingungen

Römische Untergrund-Heizung
Erdwärmesonde in Aachen

Strom aus der Tiefe
Allround-Kraftwerk in Neustadt-Glewe

Wie kommt das Loch in die Erde?
Geothermale Bohrtechnik – Teil 1

Heißer Tropfen aus dem Stein
Hot-Dry-Rock-Verfahren in Bad Urach

Nasser Wärme-Tresor
Aquiferenspeicher im Berliner Reichstag

„Steinreiches“ Aachen
Geothermale Bohrtechnik – Teil 2

Geothermale Zukunft
Tiefenbohrungen in Unterhaching und Offenbach

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