Verfahren tiefer Geothermie
Die tiefe Geothermie nutzt die Wärme aus dem Erdinneren in Tiefen von mehr als 400 m. Dort kann heißes Wasser oder heißes Gestein zur Energiegewinnung genutzt werden. Entscheidend ist dabei die Temperatur: Unter etwa 200 °C spricht man von sogenannten Niederenthalpie-Lagerstätten, über 200 °C von Hochenthalpie-Lagerstätten.
Nutzung von Thermalwasser (hydrothermale Geothermie)
In manchen Gebieten zirkuliert in großer Tiefe natürliches Warmwasser in Rissen und porösen Schichten des Gesteins. Dieses Thermalwasser kann zum Heizen oder zur Stromerzeugung genutzt werden. Solche Vorkommen gibt es in Deutschland vielerorts. In Kurorten wie Bad Staffelstein (Oberfranken) wird das warme Wasser für Heilbäder genutzt, in Städten wie München, Erding (bei München) oder Neustadt-Glewe (Mecklenburg-Vorpommern) versorgt es ganze Wohngebiete mit Wärme. In Grünwald bei München wird mit über 120 °C heißem Wasser zusätzlich Strom erzeugt. Die Stadt München plant, ihre Fernwärme bis 2040 vollständig aus erneuerbaren Quellen – vor allem aus Geothermie – zu gewinnen.
Damit das funktioniert, braucht es eine wasserführende, also „durchlässige“ Gesteinsschicht, die ausreichend Wasser enthält und groß genug ist. Meist werden zwei Bohrungen eingesetzt: Eine fördert das heiße Wasser nach oben, die andere leitet das abgekühlte Wasser nach der Nutzung wieder in die Tiefe zurück. Dieses Zweier-System nennt man Dublette. Wenn eine dritte Bohrung hinzukommt, spricht man von einer Triplette. Durch moderne Bohrtechnik können mehrere Bohrungen dicht nebeneinander liegen, was Kosten spart.
Nutzung von heißem Gestein (petrothermale Geothermie)
In manchen Regionen gibt es in der Tiefe kein zirkulierendes Wasser, sondern nur heißes, festes Gestein. Dieses kann ebenfalls zur Energiegewinnung genutzt werden. In Deutschland steckt hier rund 90 % des Potenzials für geothermischen Strom. Geeignet sind dichte, heiße Gesteine mit Temperaturen von über 150 °C.
Um die Wärme fördern und nutzen zu können, werden eine oder mehrere Bohrungen „abgeteuft“ (technischer Vorgang des Bohrens oder Absenkens einer Bohrung oder eines Schachts in die Tiefe) und Wasser unter hohem Druck in das Gestein gepresst. Der Druck öffnet kleine natürliche Risse und erzeugt neue Wasserwege – das nennt man hydraulische Stimulation. Manchmal werden auch schwache Säuren eingesetzt, um Ablagerungen zu lösen. Das Wasser nimmt im Gestein Wärme auf, steigt über eine Förderbohrung wieder nach oben und wird nach der Energiegewinnung erneut in die Tiefe gepumpt.
Der große Vorteil dieser Methode ist ihre Unabhängigkeit von natürlichen Wasserreservoiren. Heißes Gestein gibt es fast überall, sodass sich petrothermale Systeme grundsätzlich an vielen Standorten nutzen lassen.
Eavor-Loop™-Technologie: Revolution in der Tiefengeothermie
Mit dem Bau der weltweit ersten kommerziellen Eavor-LoopTM-Anlage in Geretsried südlich von München wird ein neues Kapitel in der Nutzung der Tiefengeothermie aufgeschlagen.
Das System besteht aus zwei vertikalen Stammbohrungen, die sich in rund 4.500 m Tiefe in mehrere horizontale Bohrpfade, sogenannte Laterale, auffächern. Jede dieser horizontalen Bohrungen wird paarweise miteinander verbunden, sodass ein geschlossener Kreislauf entsteht. Pro Loop entstehen auf diese Weise zwölf Schleifen mit einer Gesamtbohrlänge von etwa 80 km. In Geretsried werden vier Loops realisiert, die zusammen eine Länge von rund 320 km erreichen.
Nach Abschluss der Bohrarbeiten wird das System versiegelt, um jegliche Fluidmigration zu verhindern. Dafür nutzt das kanadisch-deutsche Unternehmen Eavor die patentierte Rock-PipeTM-Technologie, die die Oberflächen der Horizontalbohrungen abdichtet. Anschließend wird gewöhnliches Wasser als Wärmeträger einmalig in das System eingebracht. Dieses Wasser zirkuliert dauerhaft im Kreislauf: Es nimmt in der Tiefe Wärme aus dem umgebenden Gestein auf und steigt infolge des sogenannten Thermosiphon-Effekts (warmes Wasser ist leichter als kaltes) ohne Pumpen an die Oberfläche. Das dort noch rund 120 °C heiße Wasser wird in einem Wärmetauscher genutzt, um entweder direkt Fernwärme bereitzustellen oder Strom zu erzeugen. Das System kann pro Loop rund 64 MW thermische Leistung bereitstellen und bis zu 44.000 Tonnen CO₂ jährlich vermeiden – ein Vorzeigeprojekt, das weltweit Beachtung findet.
Hannover gilt weltweit als erste Großstadt, in der das sogenannte Closed-Loop-Verfahren zum Einsatz kommt. Das Projekt, bei dem Eavor und der lokale Energieanbieter Enercity kooperieren, zielt auf die klimaneutrale Nutzung von Geothermie für die städtische Fernwärmeversorgung ab und umfasst die Installation von zwei Eavor-Loops™ mit einer Wärmeleistung von je 15 MW. Nach Abschluss soll die Anlage 15 bis 20 % des jährlichen Fernwärmebedarfs Hannovers decken. Dafür werden bis zu 250 Mio. kW/h Wärme aus der Erde gewonnen und ins städtische Fernwärmenetz eingespeist – ausreichend für rund 20.000 Wohnungen. Die Technik soll fossile Energie aus dem Kohlekraftwerk Hannover-Stöcken ersetzen, das bis 2030 stillgelegt werden soll. Das Vorhaben gilt als Leuchtturmprojekt für eine nachhaltige, städtische Wärmewende.
Geothermie im Kontext der Energiewende
Über die Hälfte des Endenergiebedarfs in Deutschland entfällt auf die Wärmeerzeugung. Geothermie bietet eine kontinuierlich verfügbare, nahezu emissionsfreie Quelle und trägt so maßgeblich zur Dekarbonisierung urbaner und ländlicher Wärmenetze bei.
So fußt beispielsweise Münchens Vision, bis 2040 eine vollständige Versorgung des Fernwärmenetzes mit erneuerbaren Quellen zu erreichen, im Kern auf einer massiven Ausweitung der Geothermie – dem Dreh- und Angelpunkt seiner nachhaltigen urbanen Entwicklung.
Gleichzeitig bleibt die Bewältigung von Herausforderungen wie langen Genehmigungsverfahren, Akzeptanzfragen und geologischen Risiken zentraler Gegenstand öffentlich geförderter Pilotprojekte und Forschungsverbünde. Der Bundesverband Geothermie (BVG) und der Hannoveraner Energieanbieter Enercity engagieren sich beispielsweise im Wissenstransfer, in der Qualitätssicherung und bei der Entwicklung innovativer Markteinführungsstrategien. Projektförderungen – wie in Nordrhein-Westfalen durch die Landesgesellschaft für Energie und Klimaschutz NRW.Energy4Climate – zielen auf eine sektorenübergreifende Beschleunigung klimaneutraler Technologien ab.
Die „Nischentechnologie“ Geothermie entwickelt sich zunehmend zu einer tragenden Säule der Energiewende. Eine nachhaltige, grundlastfähige und regionale geothermische Wärmeversorgung ist bereits heute vielerorts Realität.
