Die Erdwärme unseres Planeten ist von enormer Bedeutung für das Leben an dessen Oberfläche. Sie treibt die Bewegung der Kontinentalplatten an und lässt heiße Quellen sprudeln – darunter jene Hydrothermalquellen am Meeresgrund, die als mögliche Wiege des Lebens gelten. Sie ist außerdem Energielieferant des Erdmagnetfelds, das lebensfeindliche Strahlung aus dem Weltall ablenkt. In Form von Geothermie kann sie auch für die Energiegewinnung genutzt werden.
Die Wärme, die aus dem Erdinneren an die Oberfläche fließt, stammt heute zu etwa gleichen Teilen aus zwei Quellen: dem Zerfall radioaktiver Atomkerne (radiogene Wärme) und jener Hitze, die von der Entstehung der Erde vor rund 4,5 Milliarden Jahren übrig geblieben ist (primordiale Wärme). Ein Teil dieser Wärme gelangt zur Erdkruste und erhöht dort die Temperatur. Diese geothermische Energie kann auf verschiedene Weisen an die Oberfläche transportiert werden, etwa durch vulkanische Aktivität, geothermische Gradienten (der Temperaturanstieg mit zunehmender Tiefe) oder heißes Wasser, das in natürlich entstandenen unterirdischen Reservoiren zirkuliert. Beide Quellen werden theoretisch eines Tages erschöpft sein – aber erst in unvorstellbar ferner Zukunft.
Die Energie der Erdwärme kann an die Oberfläche transportiert werden
Die drei Atome, die für den Wärmehaushalt der Erde am wichtigsten sind, heißen Thorium-232, Uran-238 und Kalium-40. Sie haben Halbwertszeiten von 14 Milliarden Jahren, 4,47 Milliarden Jahren und 1,25 Milliarden Jahren. Auch wenn die Erde doppelt so alt wie heute sein wird, produziert der Zerfall dieser Teilchen noch nennenswerte Mengen an Wärme. Die primordiale Wärme geht ähnlich langsam verloren.
Aus praktischer Sicht ist es daher sehr unwahrscheinlich, dass der Erde „die Erdwärme ausgeht“. Allerdings ist die Effizienz der Nutzung dieser Wärmequelle standortabhängig. In Gebieten mit hoher geothermischer Aktivität, wie in der Nähe von tektonischen Plattengrenzen, Vulkanen oder Hotspots, ist es einfacher, an die Erdwärme zu gelangen und sie wirtschaftlich zu nutzen. In diesen Regionen steigt das heiße Magma sehr nah an die Erdoberfläche, wodurch der Geothermie-Gradient viel stärker als anderswo ist.
Erdwärme ist eine vielversprechende Maßnahme zur Energiegewinnung
Insbesondere, wenn es um die Entnahme von heißem Wasser oder Dampf aus geothermischen Reservoiren geht, können lokale Abkühlungserscheinungen auftreten. Wenn Wärme schneller entnommen wird, als sie durch natürliche Prozesse wieder aufgefüllt werden kann, kann ein geothermisches Reservoir temporär erschöpft werden. Die Nachhaltigkeit einer geothermischen Ressource hängt also von einer ausgewogenen Entnahmerate ab, die eine Regeneration des Systems erlaubt. In der Praxis bedeutet das, dass ein geothermisches Feld durch übermäßige Nutzung temporär an Effizienz verlieren könnte, sich aber über längere Zeiträume hinweg natürlich regenerieren kann.
Insofern handelt es sich bei der Erdwärme um eine nachhaltige Energiequelle, deren Nutzungspotential durch geologische Gegebenheiten und eine verantwortungsvolle Bewirtschaftung bestimmt wird. Mit Blick auf die prognostizierte Lebensdauer der Erde und den kontinuierlichen Zerfall von Radioisotopen wird die Erdwärme als Energiequelle für Menschen voraussichtlich noch sehr lange zur Verfügung stehen.
Nutzung der Geothermie
Geothermische Technologien lassen sich grundsätzlich in zwei Hauptkategorien unterteilen: direkte Nutzung und Stromerzeugung.
- Direkte Nutzung: Hierbei wird die Wärme direkt aus dem Boden in Form von heißem Wasser oder Dampf entnommen und für Heizsysteme, in Gewächshäusern, für Fischfarmen oder in Thermalbädern verwendet. Die bekannteste Form der direkten Nutzung ist die Erdwärmepumpe, die Wärme vom Boden zu Gebäuden oder umgekehrt transportiert, je nachdem, ob gekühlt oder geheizt werden soll.
- Stromerzeugung: Bei der geothermischen Stromerzeugung wird heißes Wasser oder Dampf aus dem Boden gefördert und dazu verwendet, eine Turbine anzutreiben, die dann einen Generator zur Stromproduktion aktiviert. Je nach Temperatur des Wassers oder Dampfes lassen sich drei Typen geothermischer Kraftwerke unterscheiden: Trocken- oder Flash-Dampfkraftwerke, binäre Kraftwerke und Heißwasserkraftwerke.
Vorteile der Erdwärme
Die Vorteile der Geothermie als Energiequelle sind vielfältig:
- Konstante Energiequelle: Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien ist Geothermie jederzeit verfügbar und unabhängig von klimatischen Bedingungen.
- Umweltfreundlich: Die Nutzung von Geothermie führt zu deutlich geringeren CO₂-Emissionen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen.
- Wirtschaftlichkeit: Nach der zunächst kostenintensiven Installation geothermischer Anlagen sind die Betriebskosten relativ gering, und die Energie erweist sich langfristig als kosteneffizient.
- Langlebigkeit: Geothermische Anlagen haben eine lange Lebensdauer und benötigen im Vergleich zu anderen Energiequellen relativ wenig Wartung.
Herausforderungen und Nachteile
Trotz der vielen Vorteile gibt es auch Herausforderungen und potenzielle Nachteile bei der Nutzung von Geothermie:
- Hohe Anfangsinvestitionen: Die Installation geothermischer Systeme ist oft mit hohen Kosten verbunden, insbesondere die Erschließung der Wärmequellen.
- Standortabhängigkeit: Nicht alle geografischen Lagen bieten günstige Bedingungen für die Nutzung von Geothermie.
- Mögliche Umweltauswirkungen: In einigen Fällen kann die Erschließung geothermischer Energiequellen zu Bodenabsenkungen, Freisetzung von schädlichen Gasen oder Erdbeben führen.
Erdwärme ist eine vielversprechende Alternative zu fossilen Brennstoffen und ein wichtiger Bestandteil im Mix der erneuerbaren Energien. Sie ermöglicht, saubere, zuverlässige und effiziente Energie zu produzieren, während sie gleichzeitig zum Umweltschutz und zur Verringerung der globalen Erwärmung beitragen kann. Die Herausforderungen, die mit ihrer Nutzung einhergehen, sind technische und ökonomische Hindernisse, die durch fortschreitende Innovationen und verbesserte ökologische Bewertungen gelöst werden können.
