Erdwärme Geothermie als Energiequelle

Erdwärme Geothermie als Energiequelle

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.

Die Nutzung der Erdwärme als Energiequelle wird prinzipiell in 2 Formen unterschieden:

  • oberflächennahe Geothermie: direkte Nutzung z.B. Wärmepumpenheizung
  • tiefen Geothermie: direkte Nutzung im Wärmemarkt, indirekt zur Stromerzeugung.

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.

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