Geothermie

Heizen mit Erdwärme stellt eine der klimafreundlichsten Wärme-Alternativen zu fossilen Energien dar, weil hierbei kein CO₂ freigesetzt wird. Ein weiterer großer Vorteil von Geothermie zur Wärmegewinnung: Sie ist gänzlich wetterunabhängig.

Geothermie nutzt die natürliche Erdwärme, um fossilfrei Wärme und Strom zu erzeugen. Denn: Rund 100 Meter unter der Erdoberfläche herrscht eine konstante Temperatur von etwa zehn Grad Celsius. Mit jeden weiteren 100 Meter steigt die Temperatur im Erdreich im Mittel um drei Grad Celsius an. Die Erdwärme entsteht dabei auf zwei Arten: Zum einen speichert der Boden die von der Sonne eingestrahlte Wärmeenergie. Zum anderen nutzt Geothermie den nach oben gerichteten, terrestrischen Wärmestrom. Diese Umweltenergie lässt sich insbesondere zum Heizen mit Erdwärme nutzen. Das Umweltbundesamt sieht Geothermie in der Zukunft als eine der wesentlichen Quellen für die Wärmeversorgung aus erneuerbaren Energien.

Einer der größten Vorteile der Geothermie: Erdwärme ist unabhängig von Wettereinflüssen. Während Windräder oder Photovoltaikanlagen auf Wind beziehungsweise Sonne angewiesen sind, um Energie erzeugen zu können, liefert Geothermie das ganze Jahr über nahezu ununterbrochen umweltfreundliche Wärme oder Strom. Die Erdwärme-Energie kann dabei direkt genutzt werden, um mit Geothermie zu heizen. Oder aber sie wird indirekt genutzt, indem Geothermiekraftwerke die Wärme aus dem Erdreich in Strom umwandeln, der den Verbrauchern zur Verfügung gestellt wird. Diese Art der Stromerzeugung ist dabei grundlastfähig. Eine Geothermieanlage kann also konstant und saisonunabhängig Strom bereitstellen.

Soll mit Erdwärme geheizt werden, ist meist die Kombination aus Geothermie und Wärmepumpe üblich. Dabei transportieren zunächst Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren oder Wärmebrunnenanlagen, die an ein Rohrleitungssystem mit Flüssigkeitszirkulation angeschlossen sind, die Wärme aus dem Erdreich an die Oberfläche. Dort nutzt eine Wärmepumpe diese Temperaturen, um Wärme für Heizung und Warmwasser bereitzustellen. Durch das Zusammenspiel von Erdwärme und Wärmepumpe lässt sich ein Wohnhaus oder sogar ein ganzes Quartier preisstabil und fossilfrei mit Wärme versorgen. Im Sommer kann Geothermie dann auch zum Kühlen von Gebäuden genutzt werden.

In städtischen Lagen kommen für eine Geothermieheizung meist Erdwärmesonden zum Einsatz, die nach einer Erdwärmebohrung in einer Tiefe zwischen zehn und 100 Meter installiert werden. Bei Bedarf können aber auch sogenannte tiefe Erdwärmesonden (TEWS), die einige Kilometer tief reichen, eingelassen werden. Die Funktionsweise ist immer die gleiche: Die Sonden entziehen dem Erdreich Wärme, um zu heizen, oder geben Wärme an dieses ab, um zu kühlen.

Eine spezielle Erdwärmesonde haben die Kollegen von Geo-En, die Experten für Geothermie der GASAG Solution Plus, gemeinsam mit der Technische Universität Berlin entwickelt. Die Geo-En Integralsonde entstand von 2015 bis 2018 in einem Forschungsprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung und wird nun erfolgreich in verschiedenen Erdwärme-Projekten zur Wärmeversorgung mittels oberflächennaher Geothermie eingesetzt. Dabei lässt die Integralsonde Grundwasser zirkulieren und erzeugt so im Winter Wärme und im Sommer Kälte für Wohnungen, Büros und Gewerbeeinheiten. Das Besondere: Da es sich um ein Koaxialsystem handelt, ist nur ein Bohrloch pro Sonde nötig. Eine Geo-En Integralsonde kann so ein ganzes Feld herkömmlicher Erdwärmesonden ersetzen und Kosten bei der Erdwärmebohrung einsparen.

Es gibt unterschiedliche Arten von Geothermie, die je nach Anspruch und Bedingungen vor Ort angewendet werden können, um mit Erdwärme zu Heizen:

• Oberflächennahe Geothermie ist die Nutzung der Erdwärme aus bis zu 400 m Tiefe. Da die Temperaturen hier noch relativ gering sind, müssen sie auf ein nutzbares Temperaturniveau angehoben werden. Dazu kommen meist Wärmepumpen zum Einsatz, die dann ein Heizen mit Erdwärme ermöglichen – meist für einzelne Bürogebäude, Wohnhäuser und kleinere Quartiere.
• Tiefengeothermie nutzt ausschließlich den terrestrischen Wärmestrom. Dazu werden Bohrlöcher von bis zu fünf Kilometer Tiefe gebohrt, die dann Wärmereservoirs in sehr tiefen Regionen erschließen. Mit Wärme aus der Tiefengeothermie können ganze Wärmenetze gespeist und größere Stadtviertel mit Heizwärme versorgt werden.Da diese Erdwärme-Tiefbohrungen oft im Untergrund vorhandenes heißes Grundwasser oder Dampf nutzen, wird diese Form auch hydrothermale Geothermie genannt.

Die Installation einer Erdwärmeheizung für Gebäude benötigt nicht immer große Flächen, sondern hat sich bereits im urbanen Raum als nachhaltige Technologie bewiesen. So ist beispielsweise die Temperatur des Erdreichs im Ballungsraum Berlin aufgrund der engen Besiedlung und erster Auswirkungen der Klimaerwärmung angestiegen. Temperaturmessungen in der Hauptstadt haben ergeben, dass die Temperatur des Berliner Untergrunds im Durchschnitt um vier Grad Celsius über den Werten des dünner besiedelten Umlands liegen. Eine ganze Reihe an Geothermie-Projekten, an denen auch die GASAG Solution Plus maßgeblich beteiligt ist – wie das Neubauprojekt Antonia in Berlin –, belegen die Vorteile und Effizienz der Geothermie in Städten.