Als Erdwärme wird die Wärme bezeichnet, die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeichert wird. Dazu zählt die Energie, die der Erde entzogen und genutzt werden kann. Sie wird zu den erneuerbaren Energien gezählt. Es besteht die Möglichkeit, die Energie direkt zu nutzen z.B. im Wärmemarkt oder sie für die Erzeugung von elektrischem Strom zu verwenden.
Die ingenieurtechnische Beschäftigung mit dieser speziellen Wärme und deren Nutzung wird im allgemeinem als Geothermie bezeichnet. Aber auch die aktuelle thermische Situation wird dabei untersucht. Es wird geschätzt, dass 30-50 % der Erdwärme aus der Restwärme der Erdentstehung stammen. Die Wärmeenergie kam zustande durch Aggregation von Materie. Bei diesem Vorgang wird das Material erhitzt und kinetische Energie wird in Wärme umgewandelt. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der Gesteine wurde die Wärmeenergie nicht abgegeben. Durch die Planetenbildung wurde Gestein aufgeschmolzen. Beim Erstarren dieses Gesteins wurde ebenfalls sogenannte Kristallisationswärme freigesetzt. Der andere Teil wurde und wird heute noch durch radioaktive Zerfallsprozesse erzeugt. Dafür verantwortlich sind, die im Erdkörper vorhandenen, radioaktiven Isotope wie z.B. Kalium oder Uran, die in Kristallgittern bestimmter Minerale vorhanden sind. Durch den radioaktiven Zerfall können 16×1012 Watt erzeugt werden.
Die geothermische Leistungsdichte des Zerfalls beträgt an der Erdoberfläche ca. 32 mW/ Quadratmeter. Das entspricht der Hälfte des terrestrischen Wärmestroms. Nah der Oberfläche existieren auch Erdwärmeanteile aus Sonneneinstrahlung und aus dem Wärmekontakt mit der Luft. Im inneren Erdkern sollen Temperaturen zwischen 4500°C und 6500° C herrschen. Bezogen auf das gesamte Erdreich wurde festgestellt, dass in einem Kilometer Tiefe die Temperaturen zwischen 35° und 40° liegen. Die Erdwärme wird durch Konduktion und Konvektion in erreichbare Tiefen der Erdoberfläche transportiert. Die Wärmestromdichte ist mit 63 mW/m² relativ gering und lässt sich daher überwiegend dezentral nutzen. Aufgrund der geringen Dichte wird auch die in der Kruste bereits gespeicherte Energie genutzt und nicht die, aus dem Inneren, nachströmende Energie.
Wie bereits erwähnt wird die Erdwärme als regenerative Energiequelle genutzt und aufgrund ihrer Vorräte in den oberen drei Kilometer der Erdkruste könnte theoretisch der weltweite Bedarf an Energie für die nächsten 100.00 Jahre gedeckt werden.
Man unterscheidet dabei die direkte Nutzung der Wärme und der Nutzung nach Umwandlung in Strom mithilfe eines Geothermiekraftwerks. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann Erdwärme direkt zum Heizen und Kühlen von Gebäuden oder Warmwasseraufbereitung verwendet werden. Eine direkte Anwendung der Erdwärme ohne Wärmepumpe ist z.B. das Eisfreihalten von Straßen. Der Einsatz einer Wärmepumpe ist nicht notwendig, da der Speicher der Erdwärme durch die heiße Fahrbahn im Sommer wieder aufgefüllt wird. Lediglich eine Umwälzpumpe zum Abführen und Einspeichern der Wärme ist vonnöten.
Die indirekte Nutzung der Stromerzeugung wurde zum ersten Mal 1913 in der Toskana eingesetzt. Heutzutage erzeugt das Kraftwerk 400 MW Strom, das vor Ort in das italienische Energienetz eingespeist wird. Die wirtschaftliche Nutzung ist hier vor allem deshalb möglich, weil die nordafrikanische und eurasische Kontinentalplatte aufeinandertreffen und somit dicht unter der Oberfläche Magma gebildet wird. Die Stromerzeugung wird traditionell in Ländern eingesetzt, die über Hochenthalpielagerstätten verfügen.
Geothermale Regionen auf der ganzen Welt bieten ein faszinierendes Fenster in die erstaunliche Kraft und Energie unseres Planeten. Diese einzigartigen Orte zeugen von der natürlichen Wärme, die unter der Erdoberfläche pulsiert und in Form von heißen Quellen, Geysiren und thermischen Energiequellen zum Ausdruck kommt. Lassen Sie uns auf eine Reise zu einigen der beeindruckendsten geothermalen Regionen der Welt gehen.
Yellowstone Nationalpark, USA: Der Yellowstone Nationalpark in den USA ist berühmt für seine hohe Konzentration von Geysiren und heißen Quellen. Der beeindruckendste von ihnen ist der Old Faithful, ein Geysir, der regelmäßig beeindruckende Wassersäulen in den Himmel schleudert. Yellowstone ist ein Hotspot für geothermale Aktivität und bietet auch sogenannte Geothermalgebiete wie das Norris Geyser Basin und das Upper Geyser Basin, die eine Vielzahl von farbenfrohen heißen Quellen und aktiven Geysiren bieten.
Island: Island ist eines der geothermal aktivsten Länder der Welt. Die Insel liegt auf dem Schnittpunkt zweier tektonischer Platten und ist reich an heißen Quellen und Geysiren. Das Geothermalgebiet Geysir ist sogar Namensgeber für alle Geysire weltweit. Der Geysir Strokkur ist besonders beeindruckend, da er alle paar Minuten eine hohe Wassersäule in die Luft schießt.
Rotorua, Neuseeland: Rotorua in Neuseeland ist eine wahre geothermale Oase. Hier finden sich kochende Schlammlöcher, brodelnde Schlammbecken und dampfende Kraterseen. Das Wai-O-Tapu Thermal Wonderland ist ein beliebter Ort, um die vielfältigen geothermalen Phänomene der Region zu erkunden.
Haukadalur, Island: Haukadalur ist ein weiteres faszinierendes geothermales Gebiet in Island. Hier finden sich sowohl der bekannte Geysir Geysir als auch Strokkur. Es ist ein Ort der ständigen Aktivität, wo heiße Quellen und Geysire die Landschaft prägen.
El Tatio, Chile: In den Anden von Chile liegt El Tatio, eines der höchstgelegenen geothermalen Felder der Welt. In den frühen Morgenstunden steigen Dampf und Geysire spektakulär in die klare Bergluft auf. Die Szenerie ist besonders beeindruckend vor dem Hintergrund der majestätischen Anden.
Waiotapu, Neuseeland: Das Waiotapu Geothermal Wonderland in Neuseeland ist ein weiteres Juwel geothermaler Aktivität. Besucher können den Lady Knox Geysir erleben, der durch menschliche Eingriffe regelmäßig zum Ausbruch gebracht wird, sowie die Champagne Pool, eine große heiße Quelle mit intensiv gefärbtem Wasser.
Diese geothermalen Regionen sind nicht nur faszinierende Naturwunder, sondern auch Quellen erneuerbarer Energie. Die geothermale Energie, die sie erzeugen, wird in vielen Ländern zur Stromerzeugung und Heizung genutzt. Darüber hinaus sind diese Orte wichtige natürliche Labore für die wissenschaftliche Erforschung von Erdprozessen und Umweltauswirkungen.
Geothermie, die Nutzung von Erdwärme aus dem Inneren unseres Planeten, hat in den letzten Jahren auch in Deutschland zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese erneuerbare Energiequelle bietet eine nachhaltige Möglichkeit zur Stromerzeugung und Heizung von Gebäuden und hat das Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende des Landes zu leisten.
Die Geothermie in Deutschland basiert auf der Idee, die natürliche Wärme aus dem Erdinneren zu nutzen. Die Geothermie kann auf zwei Hauptarten genutzt werden:
Geothermische Wärmegewinnung: Erdwärme kann genutzt werden, um Gebäude zu heizen und Warmwasser bereitzustellen. Dies wird oft in Form von Wärmepumpen realisiert, die die natürliche Wärme aus dem Erdboden oder Grundwasser extrahieren und in nutzbare Wärme umwandeln.
Geothermische Stromerzeugung: In einigen Regionen Deutschlands sind die geologischen Bedingungen so günstig, dass sie die Produktion von elektrischer Energie ermöglichen. Dies geschieht in geothermischen Kraftwerken, die Dampf oder heißes Wasser aus geothermischen Quellen verwenden, um Turbinen anzutreiben und Elektrizität zu erzeugen.
Deutschland verfügt über eine Vielzahl von geothermischen Anlagen und Standorten, die aktiv genutzt werden. Dazu gehören:
Geothermische Heizungsanlagen: Diese Anlagen sind weit verbreitet und werden in Wohn- und Geschäftsgebäuden eingesetzt. Sie nutzen Erdwärme, um Räume zu beheizen und Warmwasser bereitzustellen.
Tiefengeothermische Kraftwerke: Diese Anlagen sind komplexer und erfordern geologisch günstige Bedingungen. Einige Regionen in Deutschland, wie das Oberrheingraben, bieten die erforderliche geothermische Wärme, um elektrische Energie zu produzieren.
Geothermische Doppelanlagen: Einige Standorte sind sowohl für die Wärme- als auch für die Stromerzeugung geeignet. Diese Doppelanlagen optimieren die Nutzung der Geothermie und steigern die Effizienz.
Die Nutzung der Geothermie in Deutschland bietet eine Vielzahl von Vorteilen:
Nachhaltigkeit: Geothermische Energie ist erneuerbar und umweltfreundlich. Sie trägt zur Reduzierung der CO2-Emissionen bei und hilft, die Klimaziele des Landes zu erreichen.
Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen: Die Nutzung von Erdwärme reduziert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und macht Deutschland unabhängiger von Energieimporten.
Niedrigere Energiekosten: Geothermische Heizsysteme können langfristig zu niedrigeren Heizkosten für Endverbraucher führen.
Regionale Entwicklung: Geothermische Projekte schaffen Arbeitsplätze und fördern die regionale Entwicklung in ländlichen Gebieten.
Obwohl die Geothermie in Deutschland großes Potenzial hat, sind einige Herausforderungen zu bewältigen. Dazu gehören geologische Unsicherheiten, hohe Anfangsinvestitionen und die Notwendigkeit einer strengen Umweltverträglichkeitsprüfung.
Die Zukunft der Geothermie in Deutschland hängt von der Bewältigung dieser Herausforderungen ab. Mit der Weiterentwicklung der Technologie und einer klaren staatlichen Unterstützung kann die Geothermie jedoch zu einer stabilen und nachhaltigen Energiequelle für Deutschland werden.