Energie: Dampftopf Erde

Warum in die Ferne schweifen, wenn das Gute so nah liegt? Um Energie zu gewinnen, verbrennt die Menschheit Kohle, Gas und Öl. Sie spaltet Atome, verwandelt Sonnenlicht in Strom und versucht, den Wind zu fangen. Dabei steckt in der Erde unter unseren Füßen Energie genug, um selbst den größten Bedarf zu decken. 99 Prozent der Erde sind heißer als 1000 °C; 99 Prozent vom Rest immerhin heißer als 100 °C. Vergleichsweise kühl ist nur die Erdoberfläche. Je tiefer man steigt, desto wärmer wird es: durchschnittlich drei Grad Celsius pro 100 Meter. Aber wie lässt sich diese Erdwärme nach oben fördern? Wie kann man sie zur Stromerzeugung nutzen? Mit diesen Fragen beschäftigen sich die Helmholtz-Wissenschaftler am GeoForschungsZentrum Potsdam.

Dampf und Schwefel

Im Tal von Larderello präsentiert sich die Toskana ganz anders als in den Katalogen der Reiseveranstalter. Dampf zischt, Nebel wallen, es stinkt nach Schwefel. Larderello ist der Geburtsort der Gewinnung von elektrischer Energie aus Erdwärme. 1904 brachte Graf Piero Ginori Conti mit Vulkandampf fünf Glühbirnen zum Leuchten. Heute gewinnen die Italiener aus den inzwischen ohne Schwefelausscheidungen arbeitenden Geothermie-Kraftwerken von Larderello 750 Megawatt Leistung; das reicht für etwa zwölfeinhalb Millionen 60-Watt-Birnen. Zum Vergleich: Eines der modernsten Braunkohlekraftwerke Deutschlands, „Schwarze Pumpe“ südlich von Cottbus, verfügt über zwei Blöcke mit je 800 Megawatt Leistung.

Larderello ist die Ausnahme geblieben. Denn außer in Landschaften wie Island, wo die vulkanische Erdwärme sehr dicht unter der Oberfläche sitzt, ist die Geothermie schwer zugänglich. Das erste deutsche Erdwärmekraftwerk ging im Herbst 2003 im mecklenburgischen Neustadt-Glewe in Betrieb. Es nutzt 98 Grad heißes Wasser aus 2200 Metern Tiefe für die Energiegewinnung. Allerdings erbringt es nur etwa 200 Kilowatt, weniger als ein Zwanzigstel der größten Windräder. Die mit öffentlichen Mitteln geförderte Anlage versorgt im Sommer bis zu 500 Haushalte mit Strom, im Winter wird das heiße Wasser für die Wärmeversorgung des Städtchens eingesetzt.

Der Wasserkreislauf

Die Potsdamer Forscher verfolgen mit ihrer Geothermie-Anlage in Groß Schönebeck, etwas nördlich von Berlin ebenfalls die Methode wie beim Kraftwerk Neustadt-Glewe. Statt einem Bohrloch werden zwei eingesetzt und richten damit einen Wasserkreislauf ein. Die Temperatur des geförderten Wassers aus diesen so genannten hydrothermalen Reservoirs beträgt dabei in Neustadt-Glewe knapp 100 Grad (aus 2,2 km Tiefe), in Groß Schönebeck 150 Grad (aus 4,3 km Tiefe). Über Tage wird dem Wasser dann mit einem Wärmetauscher Energie entzogen. Die Temperatur des Wassers ist ausreichend hoch, um damit elektrischen Strom zu erzeugen. Anschließend wird das Wasser durch ein zweites Bohrloch wieder in den Untergrund geleitet. Unter Tage heizt es sich im heißen Gestein wieder auf, wird dann über das erste Bohrloch erneut an die Oberfläche gefördert und so weiter. Die Vorteile: Es gibt keine langen Transportwege an der Erdoberfläche, auf denen die Wärme ungenutzt verloren gehen könnte. Zudem kann das gleiche Wasser immer wieder neu verwendet werden, ohne dass Abwässer oder andere Rückstände anfallen.

Gestein „stimulieren“

Noch ist dieser Wasserkreislauf nicht Realität. Die Schwierigkeit liegt darin, dass das Gestein in der Tiefe normalerweise nicht durchlässig genug ist, um den Wasserkreislauf zuzulassen. In vielen Experimenten haben die Wissenschaftler aus Potsdam darum Wasser unter so hohem Druck in das Gestein verpresst, dass vorhandene Risse und Hohlräume künstlich vergrößert werden. So wird das Gestein allmählich durchlässiger. Diese so genannte Stimulationstechnik, aus der Erdölindustrie bekannt, wurde erstmals für die hydrothermale Geothermie eingesetzt und fortentwickelt.

„Nach einer Serie von Stimulations-Experimenten haben wir jetzt eine Produktivität erreicht, die die Stromerzeugung aus Erdwärme auch unter hiesigen geologischen Bedingungen energiewirtschaftlich interessant macht“, erklärt Dr. Ernst Huenges, Leiter der Sektion Geothermie am GeoForschungsZentrum Potsdam.

Den Kreislauf einrichten

Der nächste Schritt ist darum die zweite Tiefenbohrung, etwa einen Kilometer von der ersten entfernt. „Danach wollen wir mehrere Monate lang experimentell erforschen, ob sich das von uns geschaffene System von Rissen im Tiefengestein dazu eignet, den Wasserkreislauf auf Dauer zuzulassen“, erklärt Huenges. Es ist wichtig, diese Nachhaltigkeit zu beweisen. „Denn die Investition in die Stromerzeugung lohnt sich nur, wenn die Produktion langfristig sichergestellt ist“, so Huenges. Unter Beteiligung eines Industriepartners soll schließlich am Standort Groß Schönebeck ein Geothermie-Kraftwerk entstehen, das als Demonstrationsanlage verfahrenstechnische und energiewirtschaftliche Untersuchungen ermöglichen wird.

Investoren in die Geothermie erhalten übrigens eine gesetzlich garantierte Vergütung für den Strom, den sie in ihren Anlagen erzeugen. Das schreibt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vor. Im Jahr 2000 hat die Bundesregierung die Geothermie in dieses Gesetz mit aufgenommen und die Konditionen mit der Novelle des EEG 2004 noch einmal verbessert. Bundesumweltminister Jürgen Trittin sieht in der Erdwärme „ein spannendes Kapitel unserer zukünftigen Energieversorgung, einer Energieversorgung ohne Klima- und Umweltprobleme, ohne die Verschmutzung der Meere, ohne Krieg um die letzten Ressourcen und ohne die unabsehbaren Gefahren der Radioaktivität.“

Geothermische Stromerzeugung planungssicher machen

Die bisherigen Forschungsarbeiten in Groß Schönebeck stimmen Huenges optimistisch für die Zukunft der Geothermie in Deutschland. Denn die ist bisher mit großen Kostenrisiken behaftet: Kilometer tiefe Bohrungen sind einige Millionen Euro teuer. Die Gefahr eines Fehlschlages ist deutlich geringer, wenn Gestein mit der Stimulationstechnologie so verändert werden kann, dass der Wasserkreislauf verlässlich funktioniert. Hinzu kommt: Der Untergrund unter dem Versuchsstandort der Potsdamer Forscher ist typisch für Mitteleuropa; was hier experimentell erforscht wird, lässt sich mit hoher Wahrscheinlichkeit auch in anderen Regionen anwenden. Gute Aussichten also, dass sich die so nahe liegende Erdwärme mittelfristig als regenerative Energiequelle etablieren lässt.