Von Erdwärme und Wackelpudding

Unter der Erdoberfläche geht es heiß her. Geothermieanlagen machen die Energie aus dem Erdinneren für den Menschen nutzbar. Hat diese Idee Zukunft?

Wir Menschen haben eine beinahe unerschöpfliche Energiequelle, die uns direkt zu Füßen liegt: unsere Erde. Mit der Wärme, die sie abstrahlt, können wir unsere Häuser heizen und Strom erzeugen. Die Technik, die dahinter steckt, nennt sich Geothermie.

Sarah Herfurth erklärt uns, warum in es in Island so viele heiße Quellen gibt: Dort stoßen zwei Erdplatten zusammen. © Wissensschreiber/ Theodor Schaarschmidt

Sarah Herfurth erklärt uns, warum in es in Island so viele heiße Quellen gibt: Es liegt auf der Grenze von zwei Erdplatten.
© Wissensschreiber/ Theodor Schaarschmidt

„In Deutschland steckt die Nutzung der Erdwärme allerdings noch in ihren Kinderschuhen“, erklärt Sarah Herfurth. Als Geophysikerin erforscht sie am Karlsruher Institut für Technologie die Stromerzeugung mithilfe von Erdwärme.

In manchen Regionen sprudelt die Wärme nur so aus dem Boden – etwa in Island, wo heiße Quellen zum Landschaftsbild gehören. Anderswo muss man weit in den Untergrund vordringen. Dabei gilt: Je tiefer man bohrt, desto heißer wird es. Nahe der Erdoberfläche sind die Temperaturen noch nicht so hoch. Bei der so genannten oberflächennahen Geothermie bohrt man bis zu 150 Meter in den Boden. Dort beträgt die Temperatur nur etwa 14 Grad Celsius. Das genügt, um die Heizung zu unterstützen. Um in die richtig heißen Schichten zu gelangen, muss man allerdings mehrere Kilometer ins Erdinnere. Dort erreicht man dann Temperaturen von etwa 150 bis 200 Grad Celsius – heiß genug, um Strom zu erzeugen.

Nutzungsarten von Geothermie (zum Vergrößern auf das Bild klicken) © CREGE

Nutzungsarten von Geothermie (zum Vergrößern auf das Bild klicken)
© CREGE

Doch wie gelingt es, die Hitze aus diesen Tiefen an die Oberfläche zu holen? Dafür gibt es verschiedene Methoden (siehe Kasten oben). Sarah Herfurth beschäftigt sich vor allem mit der Sehr Tiefen Geothermie. Dabei wird kaltes Wasser nach unten gepumpt, erwärmt sich dort und wird dann wieder zur Oberfläche gefördert.

Wir stellen an einem Wackelpudding nach, wie mit Flüssigkeit und Druck kleine Spalten im Gestein erzeugen kann. Um die Vanillesoße in den Wackelpudding zu pressen, muss man sich richtig anstrengen und fest pusten! © Wissensschreiber/ Theodor Schaarschmidt

Wir stellen an einem Wackelpudding nach, wie mit Flüssigkeit und Druck kleine Spalten im Gestein erzeugen kann. Um die Vanillesoße in den Wackelpudding zu pressen, muss man sich richtig anstrengen und fest pusten!
© Wissensschreiber/ Theodor Schaarschmidt

In der Tiefe von drei bis fünf Kilometern ist das Gestein allerdings sehr dicht, so dass sich das Wasser nicht frei verteilen kann. Wie Ingenieure dieses Problem lösen, erklärt uns Sarah Herfurth anhand eines Wackelpuddings. Wir füllen einen Strohhalm mit Himbeersirup, stecken ihn durch ein kleines Loch im Deckel des Puddings – und dann heißt es kräftig pusten! Nun können wir sehen, wie sich der Sirup einen Weg durch die glibberige Masse bahnt.

In Wirklichkeit verwenden die Techniker natürlich keinen Himbeersirup, sondern eine Mischung aus Wasser und Sand. Diese pumpen sie mit Hochdruck in die tiefen Schichten. Dadurch entstehen feine Risse, durch die das Wasser sich dann frei bewegen kann. Der Sand verhindert, dass sich die winzigen Spalten wieder verschließen.

Dieser Geysir schießt mit voller Wucht aus der Erde in Island. Diese Region ist perfekt für Geothermie geeignet. In Deutschland dagegen muss man tief bohren, bevor man auf heißes Wasser stößt. © Andreas Tille (CC BY-SA 3.0)

Dieser Geysir schießt mit voller Wucht aus der Erde in Island. Diese Region ist perfekt für Geothermie geeignet. In Deutschland dagegen muss man tief bohren, bevor man auf heißes Wasser stößt.
© Andreas Tille (CC BY-SA 3.0)

Doch schon lange bevor man solche Techniken kannte, nutzten Menschen die Erdwärme für ihre Zwecke: Schon die alten Römer badeten in heißen Quellen, die durch die Wärme aus dem Erdinneren erhitzt wurden. Im Jahr 1914 erzeugten die Menschen im italienischen Ort Lardarello zum ersten Mal mit Hilfe dieser Wärme Strom. Ähnlich wie in Island blubbert dort heißes Wasser direkt an der Oberfläche und bietet gute Bedingungen für ein Geothermiekraftwerk.

Inzwischen gibt es allein in Deutschland 27 Kraftwerke und 318.000 Haushalte, die mit oberflächennaher Geothermie heizen. Jährlich werden es mehr. „Würde man die gesamte geothermische Energie in Deutschland nutzen, könnten wir laut Experten damit im Jahr 600 Mal mehr Strom erzeugen, als wir brauchen“, erzählt uns Sarah Herfurth. Bisher ist die Geothermie allerdings kaum verbreitet.

Wir experimentieren, welche Gesteinsart am durchlässigsten ist. Durch die Steine hindurch pumpen wir Luft in Luftballons. Durch den dichten Muschelkalk kommt kaum Luft durch. Jedoch der Sandstein ist kein großes Hindernis. Sein Luftballon ist am schnellsten aufgeblasen. © Wissensschreiber/ Theodor Schaarschmidt

Wir experimentieren, welche Gesteinsart am durchlässigsten ist. Durch die Steine hindurch pumpen wir Luft in Luftballons. Durch den dichten Muschelkalk kommt kaum Luft durch. Der Sandstein dagegen ist kein großes Hindernis. Sein Luftballon ist am schnellsten aufgeblasen.
© Wissensschreiber/ Theodor Schaarschmidt

Das liegt auch an den vielen Problemen, die die Technologie mit sich bringt: Einerseits entstehen hohe Kosten: Denn um so tief in die Erde zu bohren, benötigt man teure Werkzeugteile aus Diamant und speziell ausgebildete Fachkräfte. Eine Erfolgsgarantie gibt es aber nicht. Manchmal stellt sich erst im Laufe der Arbeiten heraus, dass das Gestein so fest ist, dass sich Geothermie an diesem Standort nicht lohnt. Andererseits können die Bohrungen leichte Erdbeben verursachen. Meist hinterlassen sie zwar nur kleine Schäden, aber sie verunsichern die Bevölkerung.

Dafür erzeugt die Geothermie kein schädliches CO2 und schont so unser Klima. Außerdem ist sie im Gegensatz zu Solar-, Wasser- oder Windkraft immer verfügbar, unabhängig vom Wetter und sonstigen äußeren Einflüssen. „Vermutlich werden wir in Zukunft auf eine Kombination aus verschiedenen Energiequellen zurückgreifen“, meint Sarah Herfurth. „Die Geothermie könnte dabei die Grundversorgung sicherstellen.“

Vor- und Nachteile der Geothermie im Überblick
Vorteile Nachteile
– riesiger Energievorrat, die Erde selbst ist der Speicher
– geringer Platzbedarf, stört nicht den Ausblick
– ist lokal vor Ort verfügbar
=> man muss die Energie nicht weit transportieren und spart Transportkosten
=> Unabhängigkeit von Energie aus anderen Ländern
– ständig verfügbare erneuerbare Energiequelle (funktioniert auch, wenn die Sonne nicht scheint oder es windstill ist)
– es wird nichts verbrannt
=> keine Freisetzung von CO2
– die Wärme selbst kostet nichts
– hohe Investitionskosten (das Bohren ist teuer)
– keine 100 prozentige Erfolgsgarantie (es kann sein, dass man erst nach den teuren Bohrungen merkt, dass es nicht funktioniert)
– die teuren Diamantbohrer gehen durch das harte Gestein regelmäßig kaputt
– man braucht Fachleute mit besonderer Ausbildung
– kann schwache Erdbeben auslösen => Unsicherheit in der Bevölkerung
– die im Wasser gelösten Substanzen lagern sich in den Rohren ab und müssen regelmäßig entfernt werden (dazu muss man das Kraftwerk abschalten)




In diesem Video des Landesforschungszentrums für Geothermie könnt ihr euch anschauen, woher die Erdwärme überhaupt kommt.

Dieser Artikel entstand beim Wissensschreiber-Workshop zum Thema “Unsere Erde” im September 2014. Diesen Beitrag verfassten Helen Lokowandt, Miriam-Sophie Linke und Barbara Beushausen. Die Wissenschaftsjournalisten Elena Bernard und Theodor Schaarschmidt gaben Ihnen Tipps beim Recherchieren und Schreiben.

Ein Gedanke zu „Von Erdwärme und Wackelpudding

  1. Für den Unterricht bereite ich Stationenlernen zum Thema erneuerbare Energien vor. Diesen tollen Überblick zum Thema Erdwärme werde ich hier auf jeden Fall den Schülerinnen und Schülern zur Verfügung stellen. Auch das verlinkte Video ist sehr gut erklärt und ich bedanke mich für diese Hilfestellung.

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