Was ist Geothermie?
Das Wort „Geothermie“ hat griechische Wurzeln mit γη (geo), was Erde bedeutet, und θερμος (thermos), was heiß bedeutet. Geothermie bezeichnet sowohl die geowissenschaftliche Untersuchung als auch die ingenieurtechnische Nutzung der Erdwärmevorkommen.
Wie wird Geothermie genutzt?
In einigen Ländern wird die Erdwärme schon seit Tausenden von Jahren zum Kochen und Heizen verwendet. Die unterirdischen geothermischen Reservoirs mit Dampf und erhitztem Wasser können für die Stromerzeugung und andere Heiz- und Kühlanwendungen genutzt werden.
Ein Beispiel für Heizen und Kühlen ist eine geothermische Wärmepumpe, die etwa 3 Meter unter der Erdoberfläche installiert ist. Diese Rohre sind mit Wasser oder einer Frostschutzlösung gefüllt. Das Wasser wird durch den geschlossenen Kreislauf der Rohre gepumpt. Diese Erdwärmepumpensysteme helfen dabei, Gebäude im Sommer zu kühlen und im Sommer warm zu halten. Dies geschieht durch die Absorption der Erdwärme, während das Wasser in das Gebäude zurückfließt.
Geothermisches Wasser wird für das Wachstum von Pflanzen in Gewächshäusern und für die Fernwärmeversorgung von Häusern und Unternehmen verwendet. Es kann auch in Rohrleitungen unter Straßen gepumpt werden, um Schnee zu schmelzen.
Wie wird geothermische Energie gewonnen?
Um die geothermischen Ressourcen anzuzapfen, werden Bohrungen von bis zu einem Kilometer Tiefe oder mehr in unterirdische Reservoirs gebohrt. Diese Ressourcen können aufgrund der natürlichen Wärme-, Gesteins- und Wasserdurchlässigkeit oder durch verbesserte geothermische Systeme genutzt werden, bei denen die geothermischen Ressourcen durch ein „hydraulische Stimulation“ genanntes Verfahren verbessert oder geschaffen werden. Diese geothermischen Ressourcen, ob natürlich oder verstärkt, treiben Turbinen an, die mit Stromgeneratoren verbunden sind.
Der erste dokumentierte Fall, in dem Erdwärme zur Stromerzeugung genutzt wurde, war 1904 in Larderello, Italien. Geothermische Wärme wird jedoch schon seit der Altsteinzeit zum Baden genutzt. Es wurde auch nachgewiesen, dass Affen in Japan das erwärmte Wasser heißer Quellen nutzen, um sich während der Wintermonate in Bergregionen warm zu halten.
Wie funktioniert geothermische Energie?
Geothermische Kraftwerke gibt es in drei verschiedenen Ausführungen: Trockendampf-, Flashdampf- und Binärkraftwerke:
- Der älteste Typ sind Trockendampfkraftwerke, bei denen der Dampf direkt aus den Rissen im Boden entnommen wird, um eine Turbine anzutreiben.
- Bei Flashdampfkraftwerken wird heißes Wasser unter hohem Druck aus dem Untergrund entnommen und mit kühlerem Niederdruckwasser vermischt. Dadurch wird Dampf erzeugt, der eine Turbine antreibt.
- Binäre Kraftwerke verwenden heißes Wasser, das durch eine sekundäre Flüssigkeit geleitet wird, die einen niedrigeren Siedepunkt als Wasser hat. Die Sekundärflüssigkeit wird in Dampf umgewandelt, der eine Turbine antreibt. Die meisten künftigen geothermischen Kraftwerke werden voraussichtlich binäre Anlagen sein.
Die Vereinigten Staaten sind der größte Produzent der Welt. Dort befindet sich auch das größte Geothermieprojekt der Welt, The Geysers, nördlich von San Francisco, Kalifornien. Trotz des Namens gibt es dort keine Geysire, und die Energie wird ausschließlich durch Dampf und nicht durch heißes Wasser erzeugt.
Die erste Bohrung zur Stromerzeugung wurde 1924 abgeteuft, weitere Bohrungen folgten in den 1950er Jahren und die weitere Entwicklung ab den 1970er Jahren.
Andere Länder wie Island sind gut aufgestellt, um die geothermischen Ressourcen zu nutzen, was sie auch seit 1907 tun. Mit 25 aktiven Vulkanen und 600 heißen Quellen werden 25 % der isländischen Energie aus fünf geothermischen Kraftwerken gewonnen.
Was sind die Vor- und Nachteile?
Die Hauptvorteile der Geothermie als erneuerbare Energiequelle liegen im Umweltbereich. Sie erzeugt nur ein Sechstel des Kohlendioxids, das ein sauberes Erdgaskraftwerk ausstößt.
Geothermische Energie ist auch billiger als konventionelle Energie, mit Einsparungen von bis zu 80 % im Vergleich zu fossilen Brennstoffen.
Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind ist sie ständig verfügbar.
Obwohl die Geothermie kostengünstig, nachhaltig und umweltfreundlich ist, hat sie auch ihre Nachteile.
Erstens ist die Produktion auf Gebiete in der Nähe tektonischer Plattengrenzen beschränkt. Außerdem können einige Standorte nach Jahrzehnten der Nutzung auskühlen.
Obwohl sie nach dem Bau einer Anlage billiger ist als fossile Brennstoffe, sind die Bohrungen und die Erkundung dieser Standorte teuer. Dies ist zum Teil auf den Verschleiß von Bohrern und anderen Werkzeugen in solch aggressiven Umgebungen zurückzuführen.
Geothermische Anlagen können Schwefelwasserstoff freisetzen, ein Gas, das wie faule Eier riecht. Schließlich enthalten einige geothermische Flüssigkeiten geringe Mengen an giftigen Stoffen, die entsorgt werden müssen.
Unter der Fragestellung „Was sind die Vor- und Nachteile der Geothermie?“ finden Sie eine ausführlichere Auflistung des für und wider.
Geothermie und TWI
Aufgrund des Fachwissens in Bezug auf Beschichtungen und Materialeigenschaften sowie unserer umfangreichen Arbeit im Öl- und Gassektor sind wir am TWI bestens in der Lage, dieses Fachwissen in diesem Bereich einzusetzen.
Zum Beispiel bietet TWI's Wissen über verschleißfeste Materialien potentielle Lösungen für geothermische Bohrungen. Darüber hinaus können unsere Kenntnisse über strukturelle Integrität und Integritätsmanagement sowie unser Fachwissen im Bereich des Fügens direkt auf Geothermieprojekte angewendet werden.
TWI hat bereits an einer Reihe von Projekten mit einigen der weltweit führenden Geothermie- und Energieunternehmen zusammengearbeitet.