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Klima und Wandel

Der Joker der Dekarbonisierung: tiefe Geothermie

Dominik LennéDonnerstag, 02.06.2022

Wir sind in einem Dilemma: Regenerativ erzeugter Strom ist knapp und wird auf unabsehbare Zeit knapp bleiben wegen all der industriellen Prozesse, die dekarbonisiert werden müssen. Nun heißt es, dass auch die Wärmeerzeugung voll elektrifiziert werden soll: Wärmepumpen sollen die obsoleten fossilen Heizungen ersetzen. Der gepiqte Text beschäftigt sich mit einer Technologie, die das ächzende Stromnetz teilweise von der Last der Wärmeerzeugung befreien und gleichzeitig dem Problem der "kalten Dunkelflaute" einen Teil seines Schreckens nehmen kann. (Der Text ist lang und detailreich. Auch hier ist bereits die Einleitung zu lesen von Nutzen.)

Einige Zahlen zur Verdeutlichung:  Unser Stromverbrauch beträgt 65 GW im Mittel. Deutschland verheizt jedoch 160 GW im Mittel an Wärme. Von diesen sind 90 GW Raumwärme und Warmwasser, der Rest Prozesswärme. Wollten wir Raumwärme und Warmwasser vollständig über Luft-Wärmepumpen zur Verfügung stellen, würden wir allein 30 GW zusätzliche elektrische Leistung im Mittel benötigen - und weil die Wärme zum größeren Teil im Winter anfällt, zu dieser Zeit sogar um die 50 GW mehr.* Selbst wenn wir annehmen, dass durch fortschreitende Wärmeisolierung der Heizwärmebedarf auf die Hälfte zurückgeht - was ziemlich sportlich ist - hätten wir immer noch im Winter ca. 30 GW mehr Strombedarf. Das sind an die 10000 zusätzliche Windturbinen à 10 MW Nennleistung. Dazu kommt der Speicherbedarf, denn die Energie muss nicht nur erzeugt, sondern für Dunkelflauten auch teuer zwischengespeichert werden. 

Auftritt: Geothermie.

Wer bis vor 10 Jahren "regenerative Energie" gelernt hat, las: "Geothermie ist schön, aber nur an wenigen auserwählten Stellen wirtschaftlich machbar, an denen warmes Wasser aus den Tiefen der Erde in Oberflächennähe dringt." Bis vor kurzem waren die "Regenerativen": Wind, PV, Wasserkraft, Biomasse. Damit hatte es sich.

Das hat sich geändert. Die Bohrtechnik ist weitergekommen - ironischerweise nicht zuletzt durch das Erschließen fossiler Brennstoffe. Man bohrt heute routinemäßig bis zu 5 km tief. Neue Technologien sind an der Schwelle der Einsetzbarkeit: durch Plasma-Bohrköpfe könnten die Kosten tiefer Bohrungen erheblich gesenkt werden. Das Startup Quaise möchte mit Mikrowellen-Schmelzbohrung in Zukunft sogar 10 - 20 km Bohrungen wirtschaftlich machen. Dennoch bleiben tiefe Bohrungen sehr teuer.

Wenn dieser Aufwand auf die gewonnene Wärme umgelegt wird, erwartet man Gestehungskosten von um die 3 c/kWh Wärme. Dies war bei Gas-Großhandelspreisen von um 1,5 c/kWh, wie sie noch Ende 2021 verlangt wurden, unwirtschaftlich. Anders sieht das aus bei den momentanen Gaspreisen um 8 c/kWh, die zwar perspektivisch wieder sinken werden, aber wohl nie mehr auf Vorkrisenniveau. Dazu kommt die deutsche Emissionsabgabe. Diese ist im Moment nur 0,7 c/kWh, dürfte 2026 1,4 c/kWh betragen und kann danach, wenn kein Höchstpreis festgesetzt werden sollte, bis auf 6 c/kWh ansteigen. Kurz: tiefe Geothermie ist bereits wirtschaftlich und wird es bleiben.

Das Potenzial ist riesig. Im Artikel werden Ausbauziele von 24 GW bis 2030 und 72 GW für die Zeit nach 2040 angegeben. Die Closed-Loop-Technik von eavor, die keine Aquifere benötigt, vergrößert das Potenzial weiter, auch wenn hier die Kosten noch sinken müssen. Wir haben also bezahlbare Wärme ohne Ende, ohne Emissionen, mit geringem Oberflächenverbrauch und ohne internationale Abhängigkeiten in Aussicht. Die Planung der Bundesregierung ist allerdings bislang wesentlich bescheidener: sie sieht nur 1,2 GW mittlere Wärmeleistung bis 2030 vor, was immerhin eine Verachtfachung darstellt.

Eine Bedingung gibt es jedoch: solche Anlagen lohnen sich nur für große Wärmeabnehmer wie kommunale Wärmenetze. Diese sind auch aus anderen Gründen sinnvoll, wie etwa um betriebliche Abwärme, Biomasse-BHKWs oder Großwärmespeicher einzubinden. 

Die gepiqte "Roadmap" bezieht sich hauptsächlich auf "hydrothermale Geothermie", d.h. man zapft tiefe wasserführende Schichten (Aquifere) an. In ein Bohrloch wird kaltes Wasser hineingepresst, aus einem anderen warmes hochgepumpt. So entsteht ein unterirdischer Wasserstrom im porösen Gestein, der die Wärme aus diesem entnimmt. Wenn die Schicht nicht porös genug ist, kann man durch gewisse Methoden dort Risse erschaffen, durch die genügend Wasser zwischen den beiden Bohrungen fließen kann.

Dazu kommen neue Techniken, wie der bereits in einem vorigen Piq geschilderte geschlossene Bohrungskreislauf, die zwar aufwändiger sind, aber den Vorteil bieten, auch in trockenem Gestein zu funktionieren und durch die Konvektionswirkung weniger Pumpleistung zum Umwälzen zu benötigen. Die Firma eavor arbeitet nach dieser Quelle bereits an 50 Projekten in Deutschland.

Wenn also alles so prächtig aussieht, wenn Erdwärme so billig und so toll ist, dann legen wir doch mit voller Kraft los, oder?

Bis jetzt nicht, den wir haben ein Marktproblem, die "Roadmap" spricht sogar von Marktversagen. Dem Markt muss auf die Sprünge geholfen werden. Warum?

Das Risiko von Fehlbohrungen ist zu hoch für einen Einzelbetrieb. In einem etablierten Markt kann das versichert werden, weil die Risiken abschätzbar sind, in einem jungen Markt jedoch nicht. Hier muss der Staat mit Risikominderung und Förderung einspringen. Dazu kommt die Exploration. Die Verhältnisse im Untergrund sind in vielen Gebieten nicht bekannt - "Deutschland ist unterexploriert."

Der ganze Bereich muss systematisch entwickelt werden: anspruchsvolle Ziele setzen, Vereinfachung von Gesetzen und Verfahren, Förderung von Technologie und Ausbildung, Kommunikation mit der Öffentlichkeit. In der "Roadmap" findet sich ein umfangreiche Liste von Maßnahmen, die die Autoren für notwendig halten, in der Zusammenfassung am Anfang.

Für Interessierte möchte ich noch diesen (hier bereits zweimal verlinkten) Artikel empfehlen, der mehr auf neue Techniken und auf die EU eingeht. Es fehlt nicht an Appellen, die Erschließung von Geothermie auf europäischer Ebene stärker zu etablieren. Tatsächlich ist sie auch im RepowerEU-Programm enthalten, das als Reaktion auf den jüngsten Irrsinn des großrussischen Chauvinismus aufgelegt wurde.

Wir werden sehen.

--------

* Die 90 GW setzen sich aus 75 GW Raumwärme und 15 GW Warmwasser zusammen.  Ich setze für den Winter die doppelte Leistung für Raumwärme an, also 150 GW, also insgesamt 165 GW. Luft-Wärmepumpen haben einen COP (coefficient of performance) von ca. 3, benötigen also 1/3 der Gesamtleistung elektrisch, das sind dann 55 GW_el, abgerundet auf 50.

Der Joker der Dekarbonisierung: tiefe Geothermie

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Kommentare 1
  1. Dominik Lenné
    Dominik Lenné · vor 4 Monaten

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