Die Nutzungsmöglichkeiten der Erdwärme

An fast allen Stellen hat das Erdreich in circa 1000 Metern Tiefe noch Temperaturen von etwa 35 bis 40 Grad Celsius. An verschiedenen Orten – je nach geologischem Vorkommen – sind es sogar Temperaturen um die 100 bis 400 Grad Celsius. Und heißer als 1000 Grad Celsius sind nahezu 99 Prozent der Erde. Der übrige Anteil der Restwärme beträgt noch immer mehr als 100 Grad Celsius.

Viele Wissenschaftler gehen davon aus, dass theoretisch allein die Wärme, die in der Erdkruste innerhalb der oberen 3000 Meter gespeichert ist, für den globalen Energiebedarf der Erde in den nächsten 100.000 Jahren ausreicht. Zurzeit ist die Situation aber so, dass nur ein kleiner Teil hiervon genutzt werden kann.

Es gibt zwei unterschiedliche Arten, um die Erdwärme – auch Geothermie genannt – als Energieträger zu verwenden:

Da ist zum einen die direkte Nutzung: Hier wird die Wärme sofort als solche genutzt, wie zum Beispiel neben anderem für das Heizen oder Kühlen. Die Erdwärme befindet sich bei dieser Art der Verwendung in den oberflächennahen Schichten.

Zum anderen steht die indirekte Nutzung zur Verfügung: Die Erdwärme wird in einem Geothermie Kraftwerk in elektrischen Strom umgewandelt oder auch zur Kraft-Wärme-Kopplung verwendet. Hierbei kann es sich sowohl um oberflächennahe als auch tiefer gelegene Wärmeschichten handeln.

Als Erdwärme bezeichnet man die Wärmeenergie, die in den oberen Bodenschichten enthalten ist und die zum Heizen genutzt werden kann. Eine Erdwärmeheizung besteht aus mehreren Erdsonden oder einem Flächenkollektor und einer Wärmepumpe. Mit der Pumpe wird die benötigte Wärme auf das erforderliche Temperaturniveau hochgepumpt und heizt somit die Immobilie.

Vor dem Einbau einer solchen Anlage wird die Nutzung des Gebäudes und der Zustand abgeschätzt und dieses miteinander abgestimmt. So kann die optimale Lösung für das Beheizen geschaffen werden. Fachpersonal plant anhand dieser Angaben die Heizung und kann damit ökologische und wirtschaftliche Aspekte erfolgreich mit einfließen lassen. Die Funktionsweise einer Erdwärmeheizung ist sehr einfach.

Über einen Erdwärmetauscher wird die Wärme gewonnen. Dazu werden Erdsonden in 50 bis zu 100 Meter in den Boden eingelassen. Eine andere Variante ist das System der Flächenkollektoren. Hierfür werden bis zu zwei Meter tiefe Löcher gegraben und somit auf mehrere Meter auf dem Grundstück verteilt. Dadurch kann der Erdwärmetauscher die Sole zirkulieren lassen - das ist ein Wasser Glykol Gemisch.

Diese Sole zieht die Erdwärme aus dem Boden und liefert sie an die Wärmepumpe. Die Bodentemperatur wird dadurch geringer, steigt dann aber durch Sonneneinstrahlungen und die vorhandenen Grundwasserströme wieder an.

Als die oberflächennahe Erdwärme bezeichnet man die Wärmeenergie, die in Schichten von der Oberfläche der Erdkruste bis hin zu einer Tiefe von etwa 400 Metern vorhanden ist. Dabei besteht diese Energie bis etwa 100 Metern unter der Erdoberfläche sowohl aus der Wärme des Erdinnern als auch aus der Sonnenenergie, die hier gespeichert wird.

Die Wärmetemperatur innerhalb der ersten rund 10 Metern Tiefe schwankt: Je nach Jahreszeit steigt oder fällt die Temperatur. Erst ab ungefähr einer Tiefe von 15 Metern ist die Wärme in etwa gleichbleibend. Hier sorgt der aufsteigende Wärmestrom aus dem Erdinneren für diese konstante Wärme und nimmt wie oben erwähnt erdabwärts  je 100 Meter um 3 Grad Celsius zu.

Die oberflächennahe Wärme hat eine durchschnittliche Temperatur von etwa 8 bis 12 Grad Celsius. Sie ist zum Heizen zu gering. Genutzt werden kann sie jedoch auch zur Kühlung. Verwendet wird diese „kalte“ Erdwärme häufig besonders zur Kühlung von Räumen. So kann immer öfter auf Kältemaschinen verzichtet werden.

Die Kühlmöglichkeit durch Einsatz der oberflächennahen Geothermie hat den Vorteil, dass bei den entsprechenden Anlagen unter anderem eine höhere Betriebssicherheit und eine effizientere Ökobilanz durch den geringeren Stromverbrauch gegeben ist. Des Weiteren dienen diese verhältnismäßig kühlen Schichten zum Beispiel als Speicher von thermischer Energie.