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Die Erneuerbaren Energien – Segen des 21. Jahrhunderts

Sonne, Wind, Wasser, Biogas und Geothermie sind der Schlüssel für den Ausstieg aus der Energieerzeugung, die auf fossilen Brennstoffen wie Atomkraft, Kohle, Erdöl und Gas fußen. Dieser Ausstieg ist unumgänglich, da ohne diesen ein Abschwächen der ohnehin immanenten Erderwärmung nicht möglich sein wird. Steigende Populationsgrößen auf der Welt sind ein unwiderlegbarer Fakt. Allein in diesem Jahrhundert ist ein Anstieg der Weltbevölkerung auf 10 Milliarden Menschen zu erwarten. Dies entspricht einer Verdoppelung der Menschheit innerhalb von nur 100 Jahren oder vier bis fünf Generationen. Proportional hierzu steigt der Energiebedarf und der CO2-Ausstoß, der allein menschenbedingt erfolgt. 

Der Zusammenhang zwischen CO2-Emissionen und Erderwärmung ist wissenschaftlich erwiesen und wird von keiner seriösen Institution bestritten. Durch die Erwärmung kommt es zu einer Ausbreitung von Wüsten und dem damit einhergehenden Verlust von Kultur- und Siedlungsland. Zudem schmelzen die Polkappen in nicht unbeträchtlichen Maße ab, wodurch die Meeresspiegel steigen und es zu dauerhaften Überschwemmungen von Küstenregionen der Erde kommt, sprich die zur Verfügung stehende Landmasse nimmt ab. Diesen von Menschen verursachten Prozess kann man nicht mehr aufhalten, lediglich abschwächen. Eine Reduktion der Emission von Klimagasen wie CO2 und Methan ist alternativlos!

Windräder prägen schon heute weite Teile der Landschaft
Windräder prägen schon heute weite Teile der Landschaft

Deutschland gibt sich immer gerne den Anstrich, Vorreiter der Energiewende zu sein, liegt jedoch im internen Ranking der EU lediglich auf Platz 12 (Stand 2013) beim Anteil der Erneuerbaren am Energie-Mix und hat durch den Atomausstieg lediglich Schritte in die richtige Richtung eingeleitet. Fakt bleibt: Über 50 % der Stromversorgung in Deutschland stammt derzeit noch aus den Klimakillern Nr. 1, den Kohlekraftwerken. Der Weg zu einer vollständigen Versorgung aus ökologisch neutralen Energieträgern ist noch lang und muss mit allen zur Verfügung stehenden Mitteln vorangetrieben werden.

Die älteste Form der Energienutzung auf regenerativer Basis ist die Wasserkraft. Schon sehr früh hat der Mensch erkannt, dass man die Fließgeschwindigkeit des Wassers zum Betrieb von Maschinen nutzbar machen kann. Der Mühlstein, der das Korn zu Mehl verarbeitet, wurde bereits vor Hunderten von Jahren durch ein Wasserrad in Bewegung gesetzt. Auch die Windkraft wurde für das Mahlen von Mehl früh entdeckt. Die technische Fortentwicklung hat den Horizont der Menschheit so geweitet, dass heute Generatoren und Turbinen durch Wind und Wasser angetrieben werden, um Strom zu erzeugen.

Solarpanels - die Technologie des späten 20. Jahrhunderts
Solarpanels - die Technologie des späten 20. Jahrhunderts

Das Konzert der erneuerbaren Energieträger wurde im 20. Jahrhundert um drei weitere Technologien signifikant erweitert. Die Photovoltaik, das Biogas und die Geothermie. Die Photovoltaik ermöglicht es, Sonnenlicht in Energie umzuwandeln. Einziger Haken – jeder Tag hat unterschiedlich viele Sonnenstunden, in den Nächten erliegt die Energieerzeugung, wie es bei der Windkraft bei Windstille der Fall ist. Das Biogas, welches auf der Umwandlung von Gülle, Pflanzenresten und extra angebauten Energiepflanzen basiert und bisher die einzige grundlastfähige erneuerbare Energie darstellte, wird aufgrund des steigenden Nahrungsbedarfes im Zuge der Bevölkerungsexplosion immer wieder in Kritik geraten und ist in seinem Ausbau bereits empfindlich beschränkt worden. 

Großer Hoffnungsträger ist die Geothermie. Durch das Erbohren von Wasseraquiferen in 3.000 - 5.000 m Tiefe ist es möglich, durch die Erde auf natürliche Weise auf über 100 Grad erhitzte Wasserreservoire zu erschließen. Wasserdampf ist mit der Erfindung der Dampfmaschine im 18. Jahrhundert als Energieträger nicht mehr wegzudenken. Mit Dampf können Turbinen zur Stromerzeugung angetrieben werden. Zugleich kann man das heiße Wasser für die Versorgung mit Fernwärme nutzen. Die Geothermieanlagen sind mit 8.300 Volllastunden pro Jahr alleine im Vergleich zur Windkraft fünfmal so effizient und im Flächenverbrauch ungeschlagen. Das größte Pfund der Geothermie ist aber deren Grundlastfähigkeit. Die Atom- und Kohlekraft konnte hierüber immer wieder auf ihren Erhalt pochen. Doch die Endlichkeit dieser Energieträger ist bekannt und nun durch die Geothermie ersetzbar. Deren Technik ist bereits serienreif, in einigen Projekten auf der Welt erprobt und wird alleine innerhalb des laufenden Jahrzehntes in zahlreichen neuen Vorhaben zum Einsatz kommen. Eine Studie im Auftrag des Deutschen Bundestages aus dem Jahre 2003 hat ergeben, dass das Potential der Geothermie um das 600-fache höher liegt, als der gesamte Energiebedarf der Nation. 

Arbeitsplätze auf Basis erneuerbarer Energien: Gewächshaus mit 12 ha Fläche am Geothermiestandort Kirchweidach
Arbeitsplätze auf Basis erneuerbarer Energien: Gewächshaus mit 12 ha Fläche am Geothermiestandort Kirchweidach

Mit einem vernünftigen Miteinander aller erneuerbaren Energien ist das Ziel, die komplette Versorgung des Landes im Bereich von Strom und Wärme auf regenerative Energie umzustellen, in greifbare Nähe gerückt. Hunderttausende von Arbeitsplätzen wurden und werden in diesem Sektor geschaffen. Die Zukunft ist gesichert, wenn alle an einem Strang ziehen und den zunächst kostenintensiven erscheinenden Weg gemeinsam gehen. Die Geothermie z. B. hat das Problem, dass bei jedem Projekt vor der ersten erzeugten Kilowattstunde Strom ein vergleichsweise langer Prozess der Planung von vier bis sechs Jahren steht, sowie eine Investitionshöhe von im Schnitt 50 – 70 Millionen Euro erbracht werden muss. Gerne wird von Gegnern auf das Risiko der Fündigkeit verwiesen. Dies bedeutet, dass eine Bohrung nicht zum Erfolg führt und nicht auf die benötigte Wassermenge oder Temperaturqualität trifft. Dieser Fall ist aufgrund des Einsatzes modernster 3-D-Seismiken und den gut ausgebildeten Geologen gottlob eher die Seltenheit. Die Medien sind dabei meist keine große Hilfe in ihrer Berichterstattung, da Journalisten es leider immer häufiger vermeiden, sich mit einer adäquaten Hintergrundrecherche ein vollständiges Bild von einer Sachlage zu machen. Zudem schüren nicht selten Bürgerinitiativen unbegründete Ängste vor einer Verunreinigung des Grundwassers, sowie vor extremen Bodenabsenkungen. 

Zum Vergleich: Alleine die Problemlösung bezüglich des bereits existenten und noch entstehenden Atommülls und der Rückbau der bestehenden Meiler wird hunderte Milliarden Euro verschlingen. Die CO2-Belastung durch das Verbrennen von Kohle und deren Auswirkung auf das weltweite Klima ist nicht wegzudiskutieren. Bis heute sind bereits weit über 400 Milliarden Euro in die Subventionierung von Atomkraft und noch mehr Milliarden in die der Kohlekraft geflossen. Dem gegenüber steht bei der Geothermie die völlig risikolose Erzeugung von Strom und Wärme nach erfolgreicher Bohrung durch die Nutzung des heißen Wassers, welches kostenlos von unserer Mutter Erde zur Verfügung gestellt wird. Die Förderung der Erneuerbaren durch das EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) ist zwar begrüßenswert und richtig, setzt aber erst ab der Einspeisung von Strom in das Netz ein. Die vorstehenden Entwicklungskosten werden nur durch private Geldgeber und die Industrie selber erbracht, anderes Fremdkapital ist meist nur schwer über Bankkredite zu finanzieren.

Und dies, obwohl die Bedeutung der Geothermie für die Wärmeversorgung und Stromerzeugung laufend zunimmt. Derzeit sind weltweit Anlagen mit einer thermischen Leistung von insgesamt 50,6 GW sowie mit einer elektrischen Leistung von insgesamt 10,7 GW installiert (Stand 2010). Dies sind 60% bzw. 20% mehr als fünf Jahre zuvor. 

Geothermiebohrung in Kirchweidach: Der Eingriff in die Natur ist minimal, der Flächenverbrauch ungeschlagen
Geothermiebohrung in Kirchweidach: Der Eingriff in die Natur ist minimal, der Flächenverbrauch ungeschlagen

Deutschland belegt bei der installierten Kapazität zur Wärmeerzeugung mit rund 4,2 GW thermischer Leistung weltweit bereits den 5. Rang (nach den USA und China sowie den deutlich bevölkerungsärmeren Ländern Schweden und Norwegen). Bei der Stromerzeugung hingegen liegt Deutschland mit 31,3 MW (Stand 2013) im weltweiten Vergleich bislang noch auf einem der hinteren Plätze, teils weit abgeschlagen hinter den USA, Russland, China, aber auch Ländern wie den Philippinen, Indonesien, Costa Rica oder gar Äthiopien. 

Für die Zukunft gehen Experten von einem deutlichen Wachstum der Erdwärmenutzung aus. Einer Prognose des Bundesverbands Erneuerbare Energie (BEE) zufolge wird die Stromerzeugung durch Geothermie in Deutschland bis 2020 auf jährlich 3.750 Gigawattstunden (GWh) ansteigen. Im Jahr 2013 waren es 25 GWh, was dem jährlichen Strombedarf von 8.300 Zweipersonen-Haushalten entspricht. Auch die Bundesregierung strebt einen deutlichen Ausbau an: In ihrem „Nationalen Aktionsplan für Erneuerbare Energien“, den sie im August 2010 beschlossen hat, nennt sie als Ziel eine Stromerzeugung aus Geothermie von 1.654 GWh im Jahr 2020. Nicht ganz so viel wie die Vertreter der Erneuerbaren Energien-Branche, aber doch deutlich mehr als derzeit. Ähnlich sieht es bei der Wärme aus, wo der BEE eine Leistung von 26.000 GWh im Jahr 2020 erwartet. Die Bundesregierung hat sich 14.400 GWh als Ziel gesetzt, wobei sie insbesondere auf ein schnelles Wachstum der grundlastfähigen und nachhaltigen Tiefengeothermie setzt.

Die Geothermie wird im Zusammenspiel mit den anderen erneuerbaren Energien die Wärme- und Stromversorgung nach und nach von den fossilen Energieträgern (Kohle, Öl und Gas) und der Atomkraft übernehmen.

Ein Geothermiekraftwerk ist nach Bau nicht von einem landwirtschaftlichen Gebäude zu unterscheiden
Ein Geothermiekraftwerk ist nach Bau nicht von einem landwirtschaftlichen Gebäude zu unterscheiden

Am Ende ein Ausblick in die Zukunft: Viele Staaten werden erkennen, dass der deutsche Weg der Beendigung des fossilen Zeitalters in der Energieerzeugung der einzig wahre ist. Die Technologie der Erneuerbaren wird der Exportschlager Nr. 1 werden. Die Geothermie ist dabei die Schlüsseltechnologie auf dem Weg in eine rein regenerative Stromerzeugung – sie steht rund um die Uhr und nach menschlichem Ermessen unbegrenzt zur Verfügung und verhilft den erneuerbaren Energien zu einem unumkehrbaren und dauerhaften Erfolg.

Die erneuerbaren Energien im Überblick:

Wasserkraft:

Energie tritt in verschiedenen Formen auf. Unter Berücksichtigung der Gesetze der Thermodynamik kann Energie in Arbeit umgewandelt werden. Für die Wasserkraftnutzung sind kinetische Energie und die potenzielle Energie entscheidend. Wasser über dem Meeresspiegel besitzt potenzielle Energie und erfährt durch die Schwerkraft eine Beschleunigung, wodurch ein Teil der Anfangsenergie automatisch in kinetische Energie umgewandelt wird. Diese fluidmechanische Energie wird in Wasserkraftanlagen durch Turbinen in mechanische Energie (Rotationsenergie) umgewandelt und letztlich durch Generatoren in elektrischen Strom transformiert.

Biogas:

Als Rohstoffe werden für Biogasanlagen zumeist Bioabfall, Klärschlamm oder Gülle verwendet. In einem ersten Schritt werden diese luftdicht verschlossen und fermentiert. Mittels Gär- und Faulprozessen entsteht ein Gasgemisch, das zum größten Teil aus Methan besteht. Damit lässt sich ein Verbrennungsmotor antreiben, der wiederum einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Durch ein Blockheizkraftwerk lässt sich so zudem Wärme erzeugen.

Photovoltaik:

Solarzellen bestehen aus sogenannten Halbleitermaterialien. Diese werden unter der Zufuhr von Licht und Wärme elektrisch leitfähig. Mehrere dieser Zellen werden dann zu einer PV-Einheit verarbeitet. Das weltweit am häufigsten verwendete Halbleitermaterial ist Silicium. Die Leistung einer Photovoltaikanlage wird in der Regel in Wp (Watt Peak) oder kWp (Kilowatt Peak) angegeben. Peak ist dabei die englische Bezeichnung für „Spitze“ und soll die maximale mögliche Leistung angeben. Das Element Silicium ist zwar für die Computertechnologie unverzichtbar und leider nur endlich vorhanden. Doch ist dieses Problem zu vernachlässigen, ist Silicium nach Sauerstoff das zweithäufigste Element auf der Erde.

Windkraft:

Bei Wind handelt es sich letztendlich um nichts anderes als sich bewegende Teilchen bzw. Moleküle. Je nachdem mit welcher Geschwindigkeit sie sich fortbewegen, verfügen sie über eine Energieform die gemeinhin als kinetische Energie bekannt ist. Diese lässt sich in andere Energieformen wie die Rotationsenergie einer Windkraftanlage umwandeln, mit welcher sich wiederum via Generator elektrische Energie (Strom) erzeugen lässt. Wie viel Strom durch eine derartige Anlage erzeugt werden kann, hängt von der Größe der Anlage und deren Wirkungsgrad ab. Grundsätzlich lässt sich unterscheiden zwischen Onshore-Anlagen, die eine Landfläche als Standort nutzen, und Offshore-Anlagen in küstenfernen bzw. küstennahen Regionen.

Geothermie:

Die 40 Kilometer dicke Erdkruste wird permanent durch den knapp 5.000°C heißen Erdkern aufgeheizt. Und je größer die Tiefe, desto höher die Temperatur. Direkt unter der Oberfläche beträgt die Temperatur nur etwa 10°C – sie steigt allerdings pro 100 Meter Tiefe um ca. 3°C. So herrschen in 4.000 Metern Tiefe Temperaturen von bis zu 140°C. Diese Wärme macht es möglich, nicht nur Heizenergie konstant zur Verfügung zu stellen, sondern auch Strom emissionsfrei zu gewinnen. Um Erdwärme zu nutzen, wurden diverse Verfahren entwickelt. Z. B. bedient man sich der hydrothermalen Geothermie, um Strom zu erzeugen. Hierbei wird unterirdisch gelagertes heißes Wasser an die Oberfläche gefördert. In einem Kraftwerk wird durch die Wärme ein Generator angetrieben und ein Fernwärmenetz beschickt. Im Anschluss wird das erkaltete Wasser in das unterirdische Wasserreservoir zurückgeführt, in welchem es auf natürliche Weise wieder erhitzt wird.

Quellen: