Energie aus der Tiefe: Warum Geothermie jetzt durchstartet
Geothermie liefert rund um die Uhr klimafreundliche Wärme und Strom – unabhängig von Wetter und Lieferketten. Doch lange blieb ihr großflächiger Einsatz auf wenige Länder mit günstigen geologischen Voraussetzungen wie Island oder Indonesien beschränkt. Neue Technologien ändern das grundlegend: Sie machen Geothermie auch dort nutzbar, wo der Zugang zur Erdwärme bislang als schwierig galt. Eine entscheidende Rolle spielen dabei moderne Pumpen und Armaturen.
Neue Technologien erlauben Geothermienutzung fast überall
Trotz dieser Vorteile fristet Geothermie noch ein Nischendasein: Weniger als ein Prozent der weltweit erzeugten Primärenergie stammt aus Erdwärme. Der Grund dafür ist, dass sie lange Zeit nur in geologisch geeigneten Regionen wie Sedimentbecken, vulkanisch aktiven Gebieten oder tektonischen Störungszonen genutzt werden konnte.
Denn Geothermie nutzt die Wärme aus dem Untergrund, indem heißes Tiefenwasser über Bohrungen an die Oberfläche gefördert wird. Dort treibt es Dampfturbinen zur Stromerzeugung an oder heizt Fernwärmenetze. Konventionelle Anlagen sind allerdings auf natürlich vorhandene Thermalwässer angewiesen, die meist als mineralreiche Sole vorliegen. Außerdem muss das umgebende Gestein genügend durchlässig sein, damit die Sole in Richtung der Bohrungen nachströmen kann. Diese Bedingungen sind nur in wenigen Regionen gegeben. Neue Technologien überwinden diese Einschränkungen und ermöglichen es, geothermische Energie deutlich flächendeckender – in vielen Regionen sogar nahezu überall – zu erschließen.
Bei Enhanced Geothermal Systems (links) wird Wasser durch künstlich erzeugte Risse im heißen Gestein geleitet. Beim Closed-Loop-Geothermiesystem (rechts) zirkuliert es in einem geschlossenen unterirdischen Wärmetauscher.
Zum einen gestalten diese Technologien den Untergrund in der Tiefe: Enhanced bzw. Engineered Geothermal Systems (EGS) zum Beispiel erzeugen durch Druck Klüfte im Gestein, durch die sich Erdwärme besser erschließen lässt. Bei Closed-Loop-Geothermiesystemen (CLGS) werden durch horizontale Bohrtechniken vollständige Kreisläufe im Gestein geschaffen, die als gigantische Wärmetauscher dienen. Beide Verfahren kommen ohne Sole aus, da sie Oberflächenwasser in die Tiefe einbringen.
Auch an der Oberfläche sorgen moderne Verfahren für mehr Effizienz: Beim Organic Rankine Cycle (ORC) wird Wärme auf ein organisches Medium mit sehr niedrigem Siedepunkt übertragen, wie beispielsweise Isopentan oder Isobutan. So kann mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen eine Turbine zur Stromerzeugung betrieben werden.
Beide Ansätze machen Geothermie auch dort nutzbar, wo sie bislang nicht möglich war. Laut IEA könnten Bohrungen bis acht Kilometer Tiefe weltweit ein Potenzial von rund 600 Terawatt für die Stromerzeugung erschließen – damit hätte Geothermie nach Solarenergie das zweitgrößte Potenzial unter den erneuerbaren Energien.(öffnet in einem neuen Tab)
Pumpen sind entscheidend
Pumpen und Armaturen sind in Geothermieanlagen entscheidend: Sie müssen Sole sicher fördern, steuern und wieder zurück in den Untergrund bringen – oft bei hohen Temperaturen und Drücken sowie unter wechselnden Betriebszuständen.
Dabei stellt die Geothermienutzung höchste Anforderungen an Pumpen und Armaturen. Der Grund ist das Fördermedium: Geothermiesole ist stark mineralhaltig und korrosiv. Kühlt sie ab oder ändern sich die Druckverhältnisse, können gelöste Mineralien ausfallen und kristallisieren. Dadurch entstehen Ablagerungen in Rohrleitungen, Armaturen und Pumpen. Sie drosseln den Durchfluss, beschädigen Bauteile und können Störungen bis hin zum Ausfall verursachen. Zusätzlich beanspruchen hohe Temperaturen und Temperaturwechsel vor allem die Gleitringdichtungen.
Schema eines Geothermiekraftwerks mit Organic Rankine Cycle: Heiße Sole aus der Produktionsbohrung überträgt ihre Wärme im Wärmetauscher auf ein Medium mit niedrigem Siedepunkt, das eine Turbine mit Generator antreibt.
Unter diesen Bedingungen müssen die Pumpen hohe Fördermengen bewältigen und so ausgelegt sein, dass es nicht zur Kavitation kommt – also zur Bildung von Dampfblasen, die Pumpen stark schädigen können. Entscheidend ist dabei ein niedriger erforderlicher NPSH-Wert, damit die Pumpe auch bei geringem Zulaufdruck sicher und kavitationsfrei arbeitet. KSB setzt hierfür auf spezielle Werkstoffe gegen Korrosion und Verschleiß und bietet zudem Pumpen nach API-610-Standard an, die für anspruchsvolle geothermische Anwendungen ausgelegt sind.
