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| Geothermie |
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| Die Geothermie wird zukünftig eine zunehmend bedeutendere Rolle in der Energiegewinnung einnehmen, da Geothermie unerschöpflich und vielfältig einsetzbar ist. |
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Unsere Erde birgt in ihrem Inneren neben vielerlei Bodenschätzen vor allem Wärme. Wir kennen aus täglicher Erfahrung das frostfreie Verlegen von Leitungen in ein bis zwei Metern Tiefe, das Schwitzen von Bergleuten bei 40°C in 1000 m Tiefe, das Wellness-Angebot 70°C heißer Thermalsole aus 2000 m tiefen Bohrungen und schließlich fasziniert uns die 1400° heiße Lava, die aus mehreren 10 km tiefen Magmakammern die Vulkane "belebt". Der Erdkern, so schätzen Geowissenschaftler, ist sogar ca. 5000° heiß. Diese Wärmemenge resultiert zum einen noch aus der Erdentstehung (gravitative Kompression) vor Milliarden Jahren, zum anderen heizen radioaktive Zerfallsprozesse im Erdmantel immer weiter nach. So steigt ein ständiger Wärmestrom aus der Tiefe zur Erdoberfläche auf, der an besonderen Stellen durch Magmenbewegungen sogar deutlich spürbar und sichtbar die Oberfläche erreicht (z. B. Island, Hawai, Neuseeland ...).
Erste Messungen der Erdwärme brachte vor 200 Jahren Alexander von Humboldt von seiner Forschungsreise durch Südamerika mit, wo er mittels eines Reisethermometers bei der Messung von Temperaturen in Höhlen deren Ansteigen mit zunehmender Tiefe feststellte.
Präzise Temperaturmessungen an der seinerzeit mit 1 200m tiefsten Bohrung der Welt im brandenburgischen Salzstock Sperenberg führten 1867 - 1871 zur Bestimmung der Geothermischen Tiefenstufe von 32,5 m / K (oder 3,1 K / 100m).
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Geothermie, die Wärme aus dem Erdinnern, kann zur Wärme- und Stromversorgung genutzt werden. Wegen schlechter geothermischer Voraussetzungen beschränkt sich die Nutzung in Deutschland hauptsächlich auf die Wärmeversorgung. Die "Gewinnung" in der Geothermie verläuft meistens durch einen Erdwärmetauschvorgang. Kaltes Wasser wird durch ein Rohr in die Tiefe geleitet, dort erwärmt und über ein zweites Rohr nach oben geleitet. Wo es keine natürlichen Quellen gibt, lässt sich Erdwärme mit dem Hot-Dry-Rock-Verfahren gewinnen. Bei diesem Verfahren wird das heiße Tiefengestein als Wärmetauscher genutzt. Kaltes Wasser wird in den Boden hineingepresst kommt mit 150 °C wieder aus dem Erdreich. Gegenüber der Solarstrahlung und der Windkraft hat die Geothermie den Vorteil, dass sie gleichmäßig Energie liefert.
Die Temperatur der Erde in einer Tiefe von 10 - 20 Metern beträgt in Mitteleuropa durchschnittlich etwa 10 - 12 °C. In den oberflächennahen Schichten beeinflusst die Witterung die Erdtemperatur. Auf jeden Quadratmeter Erdoberfläche wirken jährlich rund 1100 kWh Sonnenenergie ein. In tieferen Erdschichten überwiegen geothermische Einflüsse, die Erdmasse erwärmt sich alle 33 m Tiefe um etwa 1 °C. Die Grundidee der oberflächennahen Geothermie besteht darin, über die Fundamente Heizwärme aus dem Untergrund zu gewinnen und über geeignete Systeme im Gebäude zu nutzen.
Dieses Prinzip lässt sich in umgekehrter Weise auch zur Kühlung verwenden. Dabei wird überschüssige Wärme an den Untergrund abgegeben. So ist mit der Geothermie bei geeignetem Untergrund eine saisonale Speicherung von Kühl- und Heizenergie möglich.
Das Erdreich kann als Energiequelle auf verschiedene Art nutzbar gemacht werden. Da gibt es die vertikalen Erdsonden, die horizontal verlegten Erdkollektoren, die Grabenkollektoren und die in Streifenfundamenten und Bodenplatten eingelegten Absorbersysteme. Bei den letztgenannten Möglichkeiten ist das Erdreich als Energiequelle ziemlich begrenzt und bei den Erdsonden sind die Kosten für die Bohrarbeiten und den Einbau der Sonde beträchtlich.
Erdwärme gibt es auch in Deutschland im Überfluss. Man muss nur tief genug bohren. Um die im Gestein gespeicherte Wärme nutzen zu können, muss eine Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, vorhanden sein. Die in der Natur vorkommende Flüssigkeit bezeichnet man als Grundwasserleiter. In den meisten Fällen befinden sie sich nur in geringen Tiefenlagen, aber es kommen auch Tiefen von 500 m bis 2.000 m vor. Sind keine natürlichen Grundwasserleiter vorhanden, gibt es verschiedene Verfahren, um die im Gestein gespeicherte Wärme an eine Flüssigkeit abzugeben. |
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Beträgt die Temperatur der Wärmequelle für die Geothermie - Nutzung über 150 °C, lässt sich die Wärme rentabel in Elektrizität umwandeln. Wenn die geothermische Flüssigkeit unter hohem Druck und hoher Temperatur im Bohrloch aufsteigt, besteht es aus einem Gemisch von Wasser und Dampf. Der Energieinhalt des unter Druck stehenden Dampfes wird mit Hilfe von Turbinen und Generatoren in Elektrizität umgewandelt. Am Ausgang der Turbine beträgt die Temperatur des Fluids noch etwa 100 °C. Diese Wärme kann direkt zur Gebäudeheizung verwendet werden.
Die Geothermie wird zukünftig eine zunehmend bedeutendere Rolle in der Energiegewinnung einnehmen, da Geothermie unerschöpflich und vielfältig einsetzbar ist. |
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