Tiefbohrer frisst sich in die Erde
Tiefbohrer frisst sich in die Erde
Bildnachweis: GZB

Wer sich ins kühle Gras setzt, denkt in der Regel nicht daran welche Kraft unter seinen Füßen liegt. Wie sollte man diese in eine Steckdose packen? Und genau das funktioniert auf geniale Art und Weise.

Die Kraft der Erde ist daran beteiligt, dass man es sich auf der Couch gemütlich macht und die Lieblingssendung im Fernsehen verfolgt. Oder mit Genuss abends sein Lieblingsbuch lesen kann. Doch wie kommt Erdkraft in die Steckdose? Wer war verrückt oder genial genug, das überhaupt zu probieren? Ist das technisch überhaupt machbar und wenn ja, wie?

Hochenthalpie - geschenkter Strom

Der Begriff "Hochenthalpie – Lagerstätte" hört sich im ersten Moment sehr kompliziert an. Zur Einführung nehmen wir den Begriff mal ein wenig auseinander. Enthalpie bedeutet im Grunde „Energie im System“, Hochenthalpie liegt somit neben Systemen mit einem hohen Energiegehalt (in Form von Dampf). Lagerstätten besitzen in einem begrenzten Raum die zu fördernde Elemente (Dampf, Heißwasser). Denkt man an eine Getreidelagerstätte, weiß man dass dort eine gewisse Menge an Getreide gelagert wird, genauso ist es auch bei Hochenthalpie – Lagerstätte. Nur eben mit anderen Ressourcen.

Hochenthalpie - Lagerstätten nutzen Vulkangesteine. In der Praxis bedeutet dieser Vorgang, dass in relativ geringer Tiefe (ca. 2000m) diese Gesteine eine Temperatur von mehreren 100°C speichern. Welche Konsistenz verwertet wird, hängt von den Druck- und Temperaturbedingungen ab. Entweder besitzen die Vulkangesteine eine geringere Eigenwärme, so dass noch Wasser fließt oder sie sind schon so heiß, dass es verdampft ist. Diese Vorkommen nennt man dann je nach Konsistenz wasser- oder dampfdominierend. Vor einigen Jahren wurde der gebrauchte Dampf in die Luft entlassen, dies führte zu einem höheren Anteil des chemischen Elements Schwefel.

Dieser wird bei dem Vorgang der Stromgewinnung freigesetzt, sofern dieser in den Dampf- oder Heißwassersystemen vorhanden ist. Um der Umwelt auf diese Weise nicht mehr zu schaden, werden heutzutage die ausgekühlten Thermalwasser in die Lagerstätte zurück gepumpt. Dieser Vorgang vermeidet negative Umwelteinwirkungen, und gleichzeitig wird die Produktivität wegen des höheren Druckniveaus gesteigert.

Da diese Lagerstätten in der Nähe von Vulkanen errichtet werden, ist das Risiko auf ein Beben erhöht. Diese Beben werden durch die tiefen Bohrungen hervorgerufen, diese sind nicht besonders stark aber doch spürbar. Aus diesem Grund mussten auch schon einige Kraftwerke geschlossen werden. Zuletzt kam es 2006 bei Basel in der Schweiz zu einem größeren Ausfall, innerhalb einiger Wochen gab es fünf stärkere Beben (Stärke zwischen 2,9 und 3,4). Dies hatte einen Schaden von rund 2 Millionen Euro zur Folge. Heutzutage ist man sich der Gefahren bewusst, und man geht entsprechend umsichtig vor. Obwohl diese Art der Erdkraftgewinnung ihre Risiken hat, schont sie im großen Maße die Umwelt.

Das Prinzip

Um Wärme in elektrischen Strom umzuwandeln, wird normal temperiertes Wasser in Leitungen in ein Wärmesammelbecken geführt. Dieses liegt in mehreren 1.000m Tiefe. Diese um die 100°C temperierte Flüssigkeit wird - wieder an die Oberfläche - dafür genutzt, um eine Dampfturbine anzutreiben. Da Wasser normalerweise bei ca. 100°C verdampft, wird die Flüssigkeit unter Druck gehalten, so können Wassermoleküle nicht verdampfen.

Mit dieser Flüssigkeit wird über einen Generator Strom produziert. Dabei kühlt das verwendete Wasser wieder ab und wird erneut durch das Wärmesammelbecken geführt. Der umweltschonende Prozess beginnt von vorne. Vorteil bei diesem Verfahren ist, dass natürliche Ressourcen (z. B. Wasser, Dampf) verwendet werden können, so entstehen zum einen keine giftigen Abfälle und zum anderen ist die Energiegewinnung im Einklang mit der Natur.

Niederenthalpie - geballte Erdkraft aus der Tiefe

Das Prinzip
Das Prinzip
Bildnachweis: GZB

Wer Hochenthalpie mag, wird Niederenthalpie lieben. Auch in diesem Fall ist das System welches dahinter steckt, relativ einfach. Im Umgangssprachlichen handelt es sich um Thermalwasserfelder. Diese Lagerstätten haben den Vorteil, dass sie meistens in nicht-vulkanischen Gebieten und somit unbedenklicheren Gebieten gebaut werden. Dadurch sind sie im Prinzip universal einsetzbar, dem Energiegewinn sind keine Grenzen gesetzt. Lediglich einen Punkt gilt es bei dieser Art der Erdkraftgewinnung zu beachten, es sind sehr tiefe Bohrungen nötig, um die notwendige Temperatur von über 100°C zu erreichen.

Diese Temperatur ist nötig, um Strom zu erzeugen. Wenn diese benötigte Temperatur nicht vorhanden ist, muss dass Thermalwasser erst in einen Wärmetauscher geleitet werden. Diese Idee des Wärmetauschers ist so einfach wie genial. Das sog. Thermalwasser unterscheidet sich nur in sofern vom Grundwasser, dass es unterirdisch erhitzt wird und somit heißer ist. In diesen Wärmetauschern gibt das Thermalwasser die Hitze an eine Flüssigkeit ab, welche schon bei geringer Temperatur verdampft. Mit diesem Dampf kann dann direkt die Turbine angetrieben werden. Bei diesem Vorgang werden ca. 25% des gewonnenen Stroms von den Maschinen selber verbraucht. Wenn man beachtet, dass so noch 75% des Stromes weitergeleitet werden kann, ist der Verlust von 25% sehr wenig. Bei den Bohrungen muss darauf geachtet werden, dass ein Abstand von min. 500m vorhanden ist, sonst könnte sich das Warm- und Kaltwasser bei der Förderbohrung vermischen.

Das Prinzip

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Erdkraft über Niederenthalpie –Lagerstätten zu nutzen, drei werden hier näher betrachtet. Als erstes wäre das Hydrothermale System zu nennen. Bei dieser Art der Stromgewinnung aus der Erde, wird das Wasser so erhitzt, dass es sofort Turbinen antreiben kann. Damit ähnelt dieses Prinzip dem der Hochenthalpie-Lagerstätten. Nur das wesentlich tiefere Bohrungen nötig sind. Ein weiteres Verfahren ist das Petrothermale System. Hier wird Wasser mit Druck in heiße, wasserfreie Gesteinsschichten gepumpt. Dieses Wasser wird durch das Gestein erwärmt und durch eine Förderbohrung wieder nach oben geleitet.

Das warme Wasser trifft in seinem Kreislauf nun auf ein Ammoniak-Wasser-Gemisch. Dieses verdampft bei niedrigeren Temperaturen wie Wasser – der entstehende Dampf treibt eine Turbine zur Stromerzeugung an. Tiefe Erdwärmesonden sind die dritte Möglichkeit, Erdwärme zur Stromgewinnung zu nutzen. Hierbei wird Wasser mit etwas Glykol (Alkohol= Umweltfreundlich) als Frostschutzmittel vermischt. Diese Flüssigkeit wird in Rohren in eine Tiefe von ca. 2000-3000 Metern geführt, dort von der natürlichen Erdwärme erhitzt und wieder hoch geleitet. Diese Möglichkeit hat den Vorteil, dass sie fast überall einsetzbar ist, da sie keine Thermalwasserbecken oder sonstige Lagerstätten zur Erhitzung benötigt.

FAZIT

Die in der Erde steckende Kraft ist eine fantastische Energiequelle. Diese kann problemlos genutzt werden, ohne Raubbau an der Natur betreiben zu müssen. Die Erde besitzt viele unterschiedliche geothermische Regionen, welche heutzutage auf verschiedene Weise zur Energiegewinnung genutzt werden können. Erdkraft ist tatsächlich in der Lage, den Fernseher durch den gewonnenen Strom zum Laufen zu bringen.