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Was ist Geothermie?
Geothermie, auch Erdwärme genannt, ist die im Erdinneren gespeicherte Wärme immensen Umfangs. 99% des Erdballs sind heisser als 1‘000°C. Nur ein Tausendstel der Erdmasse, nämlich die obersten drei Kilometer, sind kühler als 100°C. Die Erdwärme ist damit ein für menschliche Massstäbe unermesslich grosses Energiereservoir. Innerhalb der Erdkruste, die im Bereich der Kontinente rund 30 Kilometer dick ist, nimmt die Temperatur im Durchschnitt pro 100 Meter um etwa 3 Grad zu.
Wie gewinnt man Geothermie?
Es stehen zum einen untiefe Systeme für die Wärmenutzung zur Verfügung. Hierzu gehören Erdwärmesonden (EWS), Grundwassernutzungen, Erdwärmekörbe, Erdregister und Energiepfähle. Diese Systeme kommen in Tiefen bis zu rund 300 m zum Einsatz. Mit tiefen Erdwärmesonden (TEWS) kann aber auch Wärme aus tiefen bis zu 1 km Tiefe erschlossen werden.
In Tiefen bis zu 3 km ist eine wirtschaftliche Wärmenutzung nur möglich, wenn aus wasserführenden Schichten durch Bohrungen genügend Wasser entzogen werden kann. Man spricht dann von mitteltiefer, hydrothermaler Geothermie.
Aus Tiefen von mehr als 3 km und Temperaturen von mehr als 100°C kann grundsätzlich aus der entzogenen Wärme elektrischer Strom produziert werden. Bei dieser Tiefengeothermie ist neben dem hydrothermalen Verfahren insbesondere petrothermale Anlagen interessant, da sie unabhängig von Tiefenwasservorkommen erstellt werden können. Dabei wird Wasser über Bohrungen mit Druck in die tiefen Gesteinsschichten gepresst. Damit können dort kleine Risse geöffnet bzw. vergrössert und Fliesswege zwischen Bohrungen geschaffen werden (hydraulische Stimulation). Alternative Bezeichnungen sind Enhanced oder Engineered Geothermal Systems (EGS) sowie auch seltener Hot-Dry-Rock (HDR). Diese Technologie ist derzeit noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium.
Was macht die Geothermie so attraktiv?
Erdwärme ist rund um die Uhr verfügbar und weder vom Klima noch von der Jahreszeit abhängig. Sie ist überall im Untergrund zu finden. Die Umweltbilanz der Geothermie ist positiv und die Nutzung für Wärmezwecke zudem auch wirtschaftlich sehr interessant, auch im Vergleich mit den anderen erneuerbaren Energien. Kann die tiefengeothermische Stromproduktion zur Marktreife entwickelt werden, werden auch hier attraktive Gestehungskosten vorausgesagt. Zudem benötigt eine Anlage zur Erdwärmenutzung nur sehr wenig Platz auf der Erdoberfläche.
Wie wird geothermische Energie gespeichert?
Geothermie muss nicht gespeichert werden, die Erde selbst ist ein Speicher und kann effizient als ein solcher genutzt werden.
Bei untiefen Anlagen kann der Untergrund aber als Speicher genutzt werden, das heisst, im Sommer kann damit gekühlt werden und im Winter wird die Wärme zum Heizen verwendet. Das ist für grössere Anlagen, wie sie zum Beispiel für Gewerbeareale erstellt werden, sehr effizient.
Stören Geothermieanlagen das Landschafts- oder Siedlungsbild?
Untiefe Anlagen sind nicht grösser als eine normale Heizung und sind in einem Garten oder auf einem Vorplatz unsichtbar.
Tiefengeothermieanlagen lassen sich sehr gut in das Siedlungsbild integrieren. Bei Wärmeanlagen ist neben dem Brunnenköpfen eine Heizzentrale notwendig. Diese kann je nach Wunsch gestaltet werden. In Riehen ist sie beispielsweise in das Untergeschoss eines Gebäudes eingebaut. Anlagen für die Stromproduktion sind etwa so gross wie eine Dreifachturnhalle. Der grösste Teil der Anlage befindet sich bei der Geothermie unsichtbar im Untergrund.
Gibt es Geruchsbelästigungen?
Bei geschlossenen Systemen der mitteltiefen oder der tiefen Geothermie mit mindestens zwei Bohrungen sind keine Geruchsbelästigungen zu erwarten. Bei der Grundwassernutzung aus mittlerer oder grosser Tiefe aus nur einer Bohrung können allfällige Gerüche durch Neutralisationen verhindert werden.
Gibt es Geothermie in der Schweiz?
Ja, sie wird sogar sehr häufig genutzt. Die verbreiteteste Form sind die bekannten Erdwärmesonden, das wichtigste System der untiefen Geothermie. Hier ist die Schweiz sogar weltweiter Spitzenreiter. Weitere etablierte Geothermiesysteme sind Grundwassernutzungen sowie Erdwärmekorbe, Erdregister und Energiepfähle. Diese ermöglichen ebenfalls eine umweltfreundliche und ökonomische Gebäudeklimatisierung.
Auch mitteltiefe Geothermieanlagen sind seit langem in der Schweiz zu finden. Am bekanntesten sind die Thermalbäder (z. B. Kreuzlingen, Bad Zurzach oder Lavey-les-Bains), es sind jedoch auch zentrale Wärmeversorgungen installiert. Das grösste Geothermie basierte Wärmenetz existiert seit gut 25 Jahren in der Gemeinde Riehen bei Basel. Die beiden rund 1‘500 m tiefen Bohrungen liegen nahe der Foundation Beyeler und liefern zuverlässig ganzjährig Wärme. Eine Übersicht aller in der Schweiz in Betrieb befindlichen Tiefengeothermieanlagen sowie die geplanten und die stillgelegten Projekte ist hier zu finden: https://map.geo.admin.ch
Geht von Projekten der mitteltiefen oder der tiefen Geothermie eine Gefahr für die Umwelt aus?
Unabhängige Studien aus diversen Ländern belegen, dass von der Geothermie keine dauerhaften schadhaften Umweltauswirkungen ausgehen. Geothermieanlagen unterliegen in der Schweiz ab einer thermischen Leistung von 5 MW der strengen und umfassenden Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP), welche detailliert alle umweltrelevanten Faktoren abdeckt. Das strenge Schweizer Umweltrecht verlangt zudem, dass sämtliche eingesetzten Stoffe, z. B. bei den Bohrspülungen, den kantonalen Ämtern aufgelistet und durch diese genehmigt werden müssen. Umweltgefährdende Stoffe dürfen gemäss Gesetzgebung prinzipiell nicht verwendet werden.
Im Kanton Thurgau ist die Nutzung der mitteltiefen und der tiefen Geothermie durch das neue Gesetz zur Nutzung des Untergrundes (UNG) geregelt.
Sind Tiefenwässer giftig?
Geothermieanlagen, die Wärme aus mittleren oder grossen Tiefen fördern, können aus dem Gestein gelöste Inhaltsstoffe enthalten und daher einen hohen Salzgehalt oder unerwünschte Stoffe enthalten. Diese werden jedoch mit dem Tiefenwasser zusammen nach dem Wärmeentzug wieder in den Untergrund zurückgeführt (geschlossener Kreislauf, z. B. in Riehen). An Filtern etc. kann es zu Ausfällungen und Bildung von Ablagerungen kommen. Dies sind jedoch relativ geringe Mengen, welche gemäss Vorschriften entsorgt werden müssen.
Die meisten bis anhin in der Schweiz geförderten Tiefenwässer weisen einen geringen Mineraliengehalt auf. Es handelt sich um Süsswasser welches oft für balneologische Zwecke genutzt wird. Solche Anlagen bestehen nur aus einer Bohrung und das genutzte Wasser kann in ein Oberflächengewässer geleitet werden.
Entstehen bei der Nutzung der Geothermie Klima gefährdende Schadstoffe?
Bei der geothermischen Wärme- und Stromerzeugung findet keine Verbrennung statt, daher werden keine Abgase freigesetzt. Grosse Einsparungen an CO2-Emissionen sind damit möglich.
Wird der Untergrund durch die geothermische Nutzung abgekühlt?
Im Nahbereich von Erdwärmesonden kühlt sich der Untergrund bezüglich seiner Anfangstemperatur leicht ab. Bei korrekter Dimensionierung der Sonde ist dieser Effekt jedoch nicht ausgeprägt und nach einigen Betriebsjahren stellt sich ein neues thermisches Gleichgewicht ein, welches die effiziente Nutzung der Erdwärmsonde für mindestens 50 Jahre garantiert.
Bei hydrothermalen Geothermieanlagen (mitteltief und tief) ist eine Abkühlung des Tiefenwasser führenden Grundwasserleiters um den Rückgabebrunnen zu beobachten. Diese Abkühlung ist lokal begrenzt und kann durch den natürlichen Wasserfluss wieder vergleichsweise rasch ausgeglichen werden. Bei petrothermalen Anlagen tritt eine Abkühlung des genutzten Gesteinskörpers ein. Der Anlagenbetrieb wird so ausgerichtet, dass eine nachhaltige Nutzung über einen definierten Zeitraum (z. B. 2030 Jahre) möglich ist. Durch den in der Erde vorhandenen Wärmestrom fliesst kontinuierlich Wärme nach. Im Vergleich mit der in der Erde gespeicherten Wärme ist der Betrag der entnommenen Energie vernachlässigbar klein.
Die Nutzung der Geothermie hat grundsätzlich keinerlei Einfluss auf die Temperaturen im oberflächennahen Bereich und an der Erdoberfläche.
Hat die Nutzung der Geothermie Einfluss auf die Tier- und Pflanzenwelt?
Die Verwendung der Geothermie wirkt sich weder auf die Pflanzen- noch auf die Tierwelt aus, da die Nutzung und Abkühlung des Untergrunds lokal begrenzt in der Tiefe erfolgt.
Welche Bedeutung hat die Geothermie für die Schweiz?
Die Geothermie ist für die nachhaltige und umweltfreundliche Wärmebereitstellung bereits heute ein wichtiger Baustein. Im Jahr 2017 wurden mithilfe der Geothermie insgesamt rund 3‘840 GWh Wärme bereitgestellt, wobei 74 % Erdwärme ist und 26 % aus Strom für die Wärmepumpen stammt.
Für die zukünftige Stromversorgung in der Schweiz ist gemäss Energiestrategie des Bundes die Geothermie wichtig. Bis 2050 sollen mittels Tiefengeothermie pro Jahr 4‘400 GWh einheimischer Bandlast-Strom produziert werden. Ob dieses Ziel erreicht werden kann, ist jedoch ungewiss.
Wie lange reichen die Erdwärmereserven in der Schweiz?
Die Reserve an sich ist nach menschlichem Ermessen unerschöpflich. Die erschliessbare Reserve ist eine Frage der jeweiligen technischen und wirtschaftlich vertretbaren Möglichkeiten. Hinsichtlich der geothermischen Stromproduktion werden in der Schweiz aktuell 80‘000 TWh abgeschätzt. Bei einem jährlichen Bedarf von aktuell 60 TWh reicht dies für über 10‘000 Jahre.
Bei der untiefen Geothermie in dicht bebauten Gebieten ist längerfristig eine Regeneration der Anlagen notwendig, damit sie weiterhin funktionstüchtig und effizient bleiben.
Entsteht bei den Bohrungen und später beim Betrieb Lärm?
Das Erstellen von untiefen Anlagen (Erdwärmesonden) dauert in der Regel nur wenige Tage. Der dabei entstehende Lärm ist nicht grösser als normaler Bau- oder Strassenlärm. Der Betrieb der EWS-Anlage ist geräuschlos.
Moderne Bohranlagen für mitteltiefe oder tiefe Projekte arbeiten sehr leise. In einigen hundert Metern Entfernung ist die Bohrtätigkeit in der Regel nicht mehr hörbar. Je nach Abstand zur Wohnbebauung kann eine geräuschdämmende Massnahme erforderlich werden, wie beispielsweise die Errichtung von Schallschutzwänden. Die Grenzwerte der Lärmschutzverordnungen müssen eingehalten werden. Beim späteren Betrieb können Luftkühler Lärm emittieren, wobei dies bei neuen Anlagen deutlich reduziert ist. Bei Bedarf können die Grenzwerte der Lärmvorschriften mittels zusätzlicher technischer Baumassnamen eingehalten werden.
Kann man sich auf Erdwärme alleine verlassen?
Erdwärme ist im Vergleich die zuverlässigste aller erneuerbaren Energiequellen. Sie steht jederzeit nach Bedarf zur Verfügung.
Wird bei Tiefengeothermie Fracking eingesetzt?
Fracking ist ein Begriff der Erdgasindustrie für das Aufbrechen von Gestein für die Gewinnung von unkonventionellem Erdgas in den USA. Das Erdgas wird aus Sedimenten gewonnen und es öffnen sich hierbei Risse ohne nennenswerte Seitenbewegung. Um die Schliessung der Klüfte zu verhindern, müssen dem Wasser daher verschiedene viskositätsbeeinflussende Additive und Stützmittel zugefügt werden. Dabei wurden und werden in den USA oft toxische Stoffe ohne klare Deklaration verwendet.
Petrothermale Tiefengeothermieanlagen werden aktuell in grösserer Tiefe und in anderen Gesteinstypen erzeugt. Die dabei verwendete Methode wird als hydraulische Stimulation bezeichnet und ist ein ähnliches Verfahren wie Fracking. Welche chemischen Zusatzstoffe dafür verwendet werden ist in der Schweiz zu deklarieren und wird durch die Behörden geprüft.
Entstehen bei der Geothermie Erdbeben?
Prinzipiell sind beim Bau und Betrieb von Tiefengeothermieanlagen wahrnehmbare Erdbeben nicht auszuschliessen. Hierzu gehört insbesondere auch die Erzeugung des unterirdischen Reservoirs bei petrothermalen Anlagen (hydraulische Stimulation). Mittels eines geeigneten Vorgehens und geeigneter technischer Massnahmen können solche Ereignisse jedoch auf ein Mindestrisiko reduziert werden. Es ist hierzu aber noch einiges an Forschungs- und Entwicklungsarbeit zu leisten.