Im bayerischen Geretsried soll erstes kommerzielles Geothermie-Kraftwerk mit neuartiger Technologie entstehen. Doch für eine flächendeckende Nutzung der Erdwärme ist noch viel Forschung notwendig.
Das Potenzial ist groß: Kanzler Scholz besuchte erst unlängst einen Geothermie-Standort im bayerischen Geretsried, hier soll ein erstes kommerzielles Kraftwerk mit der neuartigen Loop-Technologie entstehen. Doch um die Energiequelle zu erschließen, braucht es noch viel mehr Forschung – und vor allem leistungsfähigere Behörden, Fachkräfte und geeignete Instrumente, um finanzielle Risiken zu reduzieren.
Die Hitze aus dem Erdinneren kann einen wichtigen Beitrag leisten, um die Wärmeversorgung klimafreundlich zu machen. Bisher basiert sie vor allem auf fossilen Energieträgern wie Öl und Gas. Der Anteil Erneuerbarer Energien in diesem Sektor betrug 2022 nur rund 17 Prozent. Die Bundesregierung will deutlich mehr: bis 2030 sollen 50 Prozent der kommunalen Wärme aus klimaneutralen Quellen kommen. Das sind rund 400 Terawattstunden im Jahr. Ob das gelingt, ist fraglich.
In der Tiefe mehr Effizienz der Anlagen – und mehr Output
Die bisher klar dominierenden Erneuerbaren im Wärmemarkt – Holz und Biomasse – lassen sich nur bedingt ausbauen. Die Nutzung von Umweltwärme und insbesondere Geothermie muss daher forciert werden. Neben der oberflächennahen Geothermie – sie ist per Definition auf Bohrtiefen bis 400 Meter begrenzt und in der Regel an Einfamilienhäusern zu finden –, ist vor allem die Tiefe Geothermie gefragt. Hier werden Schichten bis 5000 Meter erschlossen, wo die Temperaturen teils deutlich über 100 Grad Celsius liegen. Das erhöht die Effizienz von Anlagen und deren Output, sodass ganze Stadtviertel über ein Fernwärmenetz versorgt werden können.
Die geologischen Voraussetzungen sind oft gut. Fachleute schätzen das Wärmepotenzial Tiefer Geothermie auf gut 300 Terawattstunden im Jahr (TWh/a). „Zum Erreichen des 50-%-Ziels der klimaneutralen kommunalen Wärme (d.h. ca. 400 TWh/a), wird empfohlen bis 2030 wenigstens 100 TWh/a aus Tiefer Geothermie abzudecken und die Rahmenbedingungen für 20 bis 25 GW installierter Leistung zu schaffen“, heißt es in der Roadmap für Tiefe Geothermie in Deutschland. Sie wurde im vergangenen Jahr von Fraunhofer- und Helmholtz-Fachleuten vorgelegt.
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Diese Analyse liegt IPPEN.MEDIA im Zuge einer Kooperation mit dem Research.Table Professional Briefing vor – zuerst veröffentlicht hatte sie Research.Table am 19. September 2023.
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Bis 2030 braucht es fünfzigmal mehr Anlagen als aktuell in Betrieb
Indes, aktuell sind gerade 40 solcher Anlagen in Betrieb, die zusammen 417 Megawatt Wärmeleistung haben. Bis 2030 müsste es also rund fünfzigmal so viel sein. Angesichts langer Vorlaufzeiten, wirtschaftlicher Risiken und fehlender Fachleute in Wirtschaft und Behörden ist das sehr ambitioniert.
Vier Regionen gelten als besonders geeignet für diese Technologie: Alpenvorland, Oberrheingraben, Norddeutsches Becken und die Rhein-Ruhr-Region. Dort ist die Temperatur im Untergrund vergleichsweise hoch und es zirkuliert ausreichend Wasser, was günstig für den Wärmetransport ist. „Hydrothermale Systeme“ sagen die Experten, sie sind leicht zu erschließen. Es braucht zwei Bohrungen und einen Wärmetauscher an der Oberfläche, um einen Kreislauf herzustellen: Über das eine Bohrloch wird kaltes Wasser nach unten gepumpt, wo es sich durch Erdwärme erhitzt, über das zweite kommt es nach oben, wo es die Hitze abgibt – um dann wieder ins erste gedrückt zu werden.
Geothermie: Bohrung kosten bis zu 35 Millionen Euro
Der Großraum München ist führend bei Tiefer Geothermie. Hier gibt es die meisten Anlagen und entsprechend viele Erfahrungen sowie Daten zu den Eigenschaften des Untergrunds. Das reduziert die Unsicherheiten bei neuen Projekten, macht es wahrscheinlicher, dass die rund 20 bis 35 Millionen Euro teuren Bohrungen geeignete Schichten antreffen und ein wirtschaftlicher Betrieb gelingt.
„Diesen guten Kenntnisstand benötigen wir auch in den anderen Geothermie-Regionen“, sagt Ingo Sass vom Deutschen Geoforschungszentrum (GFZ) in Potsdam. Es brauche einen finanziellen Input der Politik, von der Erschließung bis zur Einbindung neuer Anlagen. „Geothermie ist mittelständisch geprägt“, sagt er. Oft seien es Stadtwerke, die sind finanziell „eng“ seien und nicht über solche Ressourcen verfügen wie große Energiekonzerne. „Bringt eine Bohrung weniger als prognostiziert, kann das existenzbedrohend sein, daher sind viele Kommunen zurückhaltend.“
In NRW gäbe es noch viel zu erkunden
Es braucht aber auch qualifiziertes Personal in den Behörden, sagt Kosta Schinarakis von der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie (IEG), die an verschiedenen Projekten in der Region Rhein-Ruhr beteiligt ist. „Die Genehmigungsverfahren sind aufwendig, nicht immer ist klar, welche Unterlagen nötig sind, Personalengpässe bedeuten schnell Verzug.“ Auch aufseiten der Geologischen Dienste mangele es an Fachleuten und Daten. In NRW seien die Erdschichten weit unter 1000 Meter bisher kaum interessant für die Nutzung, es wurde wenig erkundet. „Und wenn, dann für die Öl- und Gasindustrie, die nicht gerade nahe der Städte fördern wollte – doch gerade dort brauchen wir Geothermieanlagen, um die Bevölkerung mit Wärme zu versorgen.“
Fachkräfte auch bei Geothermie-Projekten gefragt
Auch sind die relevanten Daten bei den Geologischen Dienste nicht immer verfügbar: Einerseits interessierte sich in den Kohleregionen bisher keiner für die Erdschichten unter 1000 Meter, es wurde wenig erkundet. „Und die Öl- und Gasindustrie hat verständlicherweise nicht nahe den Städten fördern und erkunden wollen – doch gerade dort brauchen wir nun Geothermieanlagen, um die Bevölkerung mit Wärme zu versorgen.“
„Spezialisten sind sowohl bei den Behörden als auch bei den Antragstellern und ausführenden Firmen nötig“, sagt Frank Schilling vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und Leiter des Landesforschungszentrums für Geothermie. „Mitunter sind Fachabteilungen in Stadtwerken und Ingenieurbüros damit wenig erfahren.“ Selbst den Bohrfirmen fehlten gute Leute. „Wenn die Geothermie wachsen soll – und dafür gibt es gute Gründe – dann brauchen wir an vielen Stellen gut ausgebildetes und erfahrenes Personal“, sagt der KIT-Wissenschaftler. „Da sind auch die Hochschulen gefordert.“
Forschung soll Geothermie wirtschaftlicher machen
Zusätzlich gibt es etliche Forschungsthemen, die zu bearbeiten sind, um das Verfahren wirtschaftlicher zu machen. Dazu gehört, den Thermalwasserkreislauf über viele Jahre stabil zu halten. In der Realität handelt es sich um eine heiße, salzige Sole, die Bohrungen und Pumpen angreift. „Wir müssen nicht nur die Anlagen widerstandsfähiger machen, sondern auch Methoden entwickeln, damit die Bohrlöcher und deren Hüllen lange halten“, sagt GFZ-Forscher Sass. Das sei auch wichtig, um Grundwasserhorizonte zu schützen, die von tiefen Bohrlöchern durchdrungen werden.
Vorangetrieben werden muss auch die Forschung an Großwärmepumpen, sagt Schinarakis von der IEG. Mit solchen Anlagen kann die Wärmeausbeute weiter gesteigert werden. Das hilft, wenn eine Bohrung etwas weniger liefert als angenommen. Es kann aber auch dazu beitragen, Erdwärme für industrielle Prozesse zu nutzen, die bislang ebenso fossilbasiert sind.
Noch mehr Wärme in Geretsried: Kristallingesteine im Loop
Ein weiteres großes Forschungsthema ist Geothermie jenseits hydrothermaler Systeme. Das sind beispielsweise die Kristallingesteine in den Mittelgebirgen. Diese bieten sogar noch mehr Wärme, aber es gibt zu wenig zirkulierendes Wasser im Untergrund, um sie zu gewinnen. Im bayerischen Geretsried wird aktuell ein neues Verfahren getestet, um so ein „petrothermales System“ zu erschließen. Es arbeitet mit zwei parallel betriebenen Bohrtürmen. Diese bohren zunächst vertikal bis in eine Tiefe von 4,5 Kilometer. Dort werden die Bohrungen horizontal aufgefächert. Es entstehen mehrere parallele Abzweigungen, die jeweils gut drei Kilometer lang sind. Die Bohrungen werden miteinander verbunden, sodass unterirdische Wärmeschleifen entstehen, erläutert das kanadische Unternehmen Eavor.
Das Vorhaben erhält laut Firmenangaben einen Zuschuss in Höhe von 91,6 Millionen Euro vom Europäischen Innovationsfonds. Ende August waren Bundeskanzler Olaf Scholz, Bayerns Ministerpräsident Markus Söder und Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger angereist, um sich darüber zu informieren.
Loop-Technologie dauert noch
„Ohne Fündigkeitsrisiko und standortunabhängig können mit der Loop-Technologie überall in Deutschland und weltweit strom- und wärmefähige Geothermiekraftwerke entstehen“, wirbt Eavor. Ob das zu halten ist, bleibt abzuwarten. KIT-Forscher Schilling sieht „große Herausforderungen“, etwa so weite Strecken kostengünstig zu bohren, die Anschlüsse zu treffen und ob der unterirdische Wärmetauscher langfristig intakt bleibt.
„Wenn das alles klappt, wäre es ein großer Fortschritt, doch es braucht noch viele Jahre, ehe das Verfahren großflächig eingesetzt werden könnte“, sagt er. „Um den Anteil der Geothermie in der Wärmeversorgung rasch zu steigern, sollten wir uns vordringlich um die low hanging fruits kümmern, also hydrothermale Systeme ausbauen.“ (Ralf Nestler)