Energie unter den Füßen: Wärme aus dem Inneren der Erde heraufbringen

Gepostet von Unni Skoglund


Seit Jules Verne 1864 über eine Reise ins Erdinnere schrieb, träumen die Menschen davon, Wärme aus dem Zentrum des Planeten heraufzubringen. Bisher haben wir nur an der Oberfläche gekratzt, aber jetzt beginnen die Forscher, sich in die Tiefe zu arbeiten.

Tatsache ist, dass 99 Prozent des Planeten eine Temperatur von über 1000 Grad Celsius haben. Die Wärme ist das, was von der Entstehung der Erde übrig geblieben ist, und davon ist mehr als genug vorhanden, um sie in Energie umzuwandeln.


„Wenn wir nur einen Bruchteil der vorhandenen Erdwärme bohren und zurückgewinnen können, wird es genug geben, um den gesamten Planeten mit Energie zu versorgen – sauberer und sicherer Energie“, sagtSind Lund, Senior Researcher bei SINTEF Materials and Chemistry.

Unerschöpfliche Quelle

Erdwärme bietet ein unglaubliches Potenzial. Es ist eine unerschöpfliche Energiequelle, die nahezu emissionsfrei ist. Wärmeenergie findet sich in den verschiedenen Gesteinsarten, aus denen die Erdoberfläche besteht, und tiefer in der Erdkruste. Je tiefer man kommt, desto heißer wird es.

Etwa ein Drittel des Wärmeflusses stammt von der ursprünglichen Wärme im Erdkern und im Erdmantel (der Schicht, die der Erdkruste am nächsten liegt). Die restlichen zwei Drittel stammen aus Radioaktivität in der Erdkruste, wo radioaktive Stoffe kontinuierlich zerfallen und Wärme erzeugen. Die Wärme wird zu Gesteinsschichten transportiert, die näher an der Erdoberfläche liegen.




Verschiedene Tiefen

Geothermische Energie, die aus 150-200 Metern unter der Oberfläche kommt, wird als Niedertemperatur-Geothermie bezeichnet. In diesen Tiefen schwanken die Temperaturen zwischen 6 und 8 Grad C und können mit Wärmepumpen, kombiniert mit einem Energiebrunnen, gefördert werden. Diese Art der Geothermie wird in relativ großem Maßstab genutzt.

Das norwegische Unternehmen Rock Energy will international führend im Bereich Erdwärme und Energie sein. Für Oslo ist eine Pilotanlage geplant, die Wärme aus 5500 Metern Tiefe sammelt. Temperaturen aus dieser Tiefe können Wasser auf 90-95 Grad C erhitzen und in Fernheizwerken genutzt werden. Die Pilotanlage wird in Zusammenarbeit mit NTNU gebaut, das die thermischen Aspekte der Anlage untersucht.

Geplant ist, zwei Brunnen zu bohren, einen Injektionsbrunnen, in den kaltes Wasser gepumpt wird, und einen Produktionsbrunnen, in dem heißes Wasser wieder nach oben fließt. Dazwischen befinden sich sogenannte Heizkörperleitungen, die die Brunnen verbinden. Anschließend wird das Wasser im Fernheizwerk von Hafslund gegen Wasser ausgetauscht.


Die normale Lebensdauer eines solchen Brunnens beträgt ungefähr 30 Jahre. Danach wird das Gestein durch das kalte Wasser, das in die Brunnen gepresst wurde, so abgekühlt, dass es nicht mehr genügend Wärme produziert. Nach 20-30 Jahren hat sich die Hitze jedoch wieder aufgebaut und der Brunnen kann wieder genutzt werden.
Die Rock Energy-Anlage wird einen großen Schritt nach vorn bei der Nutzung der geothermischen Wärmeressourcen Norwegens darstellen.

Überkritisches Wasser

Wenn wir jedoch die CO2-Emissionen reduzieren und saubere Energie in einer Größenordnung bereitstellen wollen, die einen Unterschied macht, müssen wir viel tiefer in die Erde selbst vordringen.

Forscher der NTNU, der Universität Bergen (UiB), des Geological Survey of Norway (NGU) und des SINTEF halten dies für möglich. 2009 gründeten Enthusiasten der Tiefengeologie das Norwegische Zentrum für Geothermische Energieforschung (CGER) mit Partnern aus Universitäten, Hochschulen, Forschungseinrichtungen und der Industrie.


Ziel der Forscher ist es, Tiefen von 10.000 Metern oder mehr zu erreichen, um die Tiefengeothermie zu nutzen. Durch Bohrungen in dieser Tiefe wird es möglich sein, so genanntes überkritisches Wasser mit einer Temperatur von mindestens 374 Grad C und einem Druck von mindestens 220 bar zu erreichen. Das multipliziert die Energiemenge, die Sie aus einer solchen Anlage gewinnen können, mit dem Faktor 10, und die erzeugte geothermische Energie kann der in einem Kernkraftwerk erzeugten entsprechen.

Aber es gibt einen ganz wichtigen Unterschied: Erdwärme erzeugt keine radioaktiven Abfälle. Es ist saubere Energie.

Profis auf 5000 Metern

Die heutigen Ölgesellschaften verdienen ihren Lebensunterhalt mit der Förderung von Öl in einer Tiefe von bis zu 5000 Metern, wo die Temperaturen bis zu 170 °C betragen. Eine tiefere Bohrung führt zu einer Reihe von technischen Problemen, sowohl in Bezug auf die Bohrungen selbst als auch auf Materialien. Stahl wird spröde und Materialien wie Kunststoffe und Elektronik werden geschwächt oder schmelzen. Elektronik arbeitet normalerweise nur kurze Zeit bei Temperaturen über 200 Grad C. Diese Probleme müssen gelöst werden, damit die tiefe Geothermie profitabel ist.

Dennoch glauben SINTEF-Wissenschaftler, dass Norwegen in einer einzigartigen Position ist, um Erdwärme zu gewinnen.

„Wir haben in diesem Land eine starke und innovative Ölindustrie. Weil die Ölindustrie Öl- und Gasvorkommen aus unzugänglichen Gebieten erschließen wollte, hat sich die Bohrtechnik in den letzten zehn Jahren enorm weiterentwickelt. Es gibt Testbohrungen für Öl, die 12 000 Meter in die Erde reichen. Das Wissen aus der Öl- und Bohrindustrie könnte in Zukunft genutzt werden, um Geothermie zu gewinnen“, sagen Lund und Lademo.

Die norwegische Bohr- und Öl- und Gasindustrie verlangt allesamt nach Ausrüstung, die es ermöglicht, zu erschwinglichen Kosten immer tiefer zu bohren. Die Ölfelder, die jetzt entdeckt werden, sind im Allgemeinen tiefer und komplizierter als zuvor. Obwohl weltweit eine Reihe von Bohrlöchern bis auf 10-12 000 Meter gebohrt wurden, gibt es noch keine Technologie, um Präzisionsbohrungen in diesen Tiefen zu ermöglichen.

„Wir brauchen ein gemeinsames Engagement. Multidisziplinäres Fachwissen ist erforderlich. Hier bei Materials and Chemistry arbeiten wir mit einem intern finanzierten Projekt, in dem wir die Gesamtfähigkeit von SINTEF bewerten, einen Beitrag zu leisten. Das Ziel ist es, an Projekten mit der Industrie und dem norwegischen Forschungsrat zu arbeiten“, sagte Lund und fügte hinzu: „Wenn es Forschung und Industrie gelingt, die Materialien und Technologien zu entwickeln, die auf lange Sicht zur Förderung des am schwersten zugänglichen Öls erforderlich sind werden wir Öl durch Erdwärme für Heizung und Strom ersetzen können.“

Überall erhältlich

Einer der einzigartigen Aspekte der Erdwärme ist, dass sie überall auf der Welt zu finden ist. Nennen Sie es eine „demokratische“ Energiequelle, die jeder nutzen kann, unabhängig von den Bedingungen an der Erdoberfläche, wie zum Beispiel dem Wetter.

Wie tief Sie in die Erdkruste bohren müssen, um die gewünschte Temperatur zu erreichen, ist von Land zu Land unterschiedlich. Dies liegt daran, dass die Kruste in der Dicke variiert und den sogenannten geothermischen Gradienten steuert. In nördlicheren Breiten, wie Norwegen, steigt die Temperatur um etwa 20 Grad pro Kilometer in die Erdkruste hinein. In anderen Teilen der Welt sind es 40 Grad pro Kilometer. Der Durchschnitt liegt bei 25 Grad.

Die USA, die Philippinen, Mexiko, Indonesien und Italien sind international führend bei der Stromerzeugung aus Geothermie.

„Es wird gelingen“

„Die Öl- und Gasindustrie ist konservativ. Es wird teuer, mit der Entwicklung von Geothermie in einer Tiefe von zehn bis zwölftausend Metern zu beginnen. Aber auch die Vorteile werden enorm sein. Deshalb wird die Branche irgendwann anfangen zu investieren. In den 1960er Jahren waren wir Anfänger, wenn es darum ging, Öl aus der Nordsee zu pumpen. Die Bewältigung dieser Herausforderung war in vielerlei Hinsicht ein großer Schub. Als Nation haben wir gewettet und gewonnen“, sagt Lademo.

„Ich glaube, wir können das Wissen entwickeln, das wir über Materialien brauchen, um in zehn Jahren auf 300 Grad Celsius herunterzukühlen. Es könnte 25 Jahre oder mehr Forschung und Entwicklung dauern, bis 500 Grad Celsius erreicht sind“, sagte Lund mit Zustimmung von Lademo.

„Wir sind überzeugt, dass dies möglich ist. Aber es erfordert, dass wir bestehende Technologien weiterentwickeln. Dafür braucht es Geld, viel Geld. Öffentliche Finanzierung ist der Schlüssel, der benötigt wird, um die Branche insgesamt zu Investitionen zu bewegen. Geothermie ist eine einzigartige Chance für die Ölindustrie, sich auf neue Weise zu entwickeln. Sie werden das erkennen, es ist nur eine Frage der Zeit.“

Unni Skoglund ist freie Autorin für Gemini