"Geothermie kann einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung und zum Klimaschutz leisten"
Geothermie stellt eine nachhaltige und umweltfreundliche Energiequelle dar. Wie Strom aus Erdwärme in sogenannten Niedertemperatur-Kraftwerken erzeugt wird und wo sich hierzulande bedeutende Wärmereservoire befinden, erläutert Dr. Ali Saadat, Wissenschaftler am Deutschen GeoForschungsZentrum, im Interview.
Das Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum, hat in den vergangenen Jahren ein Niedertemperatur-Demonstrationskraftwerk auf Sulawesi in Indonesien errichtet und an einen regionalen Betreiber übergeben. Was sind die Gründe für dieses Engagement?
Indonesien verfügt über rund 40 Prozent der weltweit ausgewiesenen Geothermie-Ressourcen. Dort werden bisher jedoch nur so genannte Hochenthalpie-Felder genutzt, in denen heißer Dampf gefördert wird. Dies stellt die konventionelle Geothermie-Nutzung dar. Wenn jedoch auch Erdwärme mit niedrigeren Temperaturen erschlossen wird, lässt sich das geothermische Nutzungspotenzial signifikant erweitern. Im Rahmen unseres Projekts GeNie haben wir ein Demonstrationskraftwerk mit einem binären Kreislauf in Indonesien errichtet und dort die Konzeption eines solchen Kraftwerkprototyps vorangetrieben. Das war eine spannende Aufgabe.
Wie funktionieren diese Kraftwerke?
Sie funktionieren wie herkömmliche Dampfkraftwerke. In unserem Fall sprechen wir von einem Rankine-Kreislauf mit organischem Arbeitsmittel (Organic Rankine Cycle, ORC). Druck und Temperatur liegen hier weit unter den Werten, wie sie in klassischen Dampfkraftwerken herrschen. Die Wärme des Thermalwassers wird über einen Wärmetauscher an den ORC-Kreislauf übertragen, der ein Fluid mit niedrigem Siedepunkt enthält. Dieses Fluid verdampft und treibt die Turbine an.
Mit dem Begriff Geothermie verbindet die Öffentlichkeit zumeist die Gewinnung von Erdwärme zum Beheizen von Gebäuden. Unter welchen Voraussetzungen lohnt sich die Verstromung der in der Erde gespeicherten Wärmeenergie?
Damit meinen Sie wahrscheinlich die hiesige Öffentlichkeit, denn Wärmenutzung ist vorwiegend in Deutschland beziehungsweise Nord-Europa ein Thema. Maßgeblich für geothermische Stromerzeugung ist ein bestimmtes Mindest-Temperaturniveau des Geofluids, welches auch mit einem hinreichenden Massenstrom fließt. Eine Stromerzeugung ist dann sinnvoll, wenn die direkte Wärmenutzung entweder nicht möglich ist, weil die Nutzer zu weit entfernt von der Förderanlage wohnen oder die Nachfrage deutlich niedriger ist als die nutzbare geothermische Wärme.
Könnte die Technologie der Niedertemperatur-Kraftwerke, sofern die entsprechenden geothermischen Ressourcen vorhanden sind, weltweit genutzt werden?
Diese Technologie wird in der Geothermie bereits weltweit genutzt, es gibt Hunderte von ORC-Anlagen weltweit auf fünf Kontinenten. Der Einsatz der ORC-Technologie ist auch in anderen Bereichen möglich. Beispiele dafür sind die Kopplung an Biogasanlagen, die Nutzung der Abwärme industrieller Prozesse oder Abwärme von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen.
Wo befinden sich in Deutschland und Europa die wichtigsten Wärmereservoire?
Aus meiner Sicht ergibt sich die Bedeutung eines Wärmereservoirs aus der Temperatur des gespeicherten Thermalfluides. Die sogenannte oberflächennahe Geothermie zur Nutzung von Niedertemperaturwärme zu Heizzwecken steht quasi überall in Deutschland und Europa zur Verfügung. Fernwärme benötigt dagegen ein höheres Temperaturniveau. Wenn Strom produziert werden soll, müssen die Temperaturen noch höher sein. Die Nutzung der Wärmereservoire ist von der gewünschten Anwendung wie Wärme oder Strom sowie den ökonomischen und rechtlichen Rahmenbedingungen abhängig. Für die höheren Temperaturen und den Einsatz der Tiefen Geothermie gibt es in Deutschland drei Vorranggebiete: das Norddeutsche Becken, das Molasse-Becken am Alpennordrand und den Oberrheingraben.
Die Tiefe Geothermie wird durch die Gefahr von Erdbeben auch kritisch gesehen. Was sind die Ursachen dafür und wie können diese „Nebenwirkungen" vermieden werden?
Der Betrieb geothermischer Anlagen allein verursacht keine Beben mit hohen Magnituden. Es kann jedoch Seismizität getriggert werden. An tektonisch unter Spannung stehenden Orten können geothermische Wässer auf die Bewegungsbahn beteiligter Gesteinsblöcke eindringen, die Reibung senken und ein Beben auslösen. Solche Ereignisse bringen die Geothermie in Misskredit, aber sie könnten durch genauere Kenntnisse des Untergrunds und eine darauf angepasste Betriebsführung vermieden werden. In Fällen von natürlicher Seismizität, die unabhängig von geothermischer Nutzung existiert, wie im Projekt in Lahendong, kann mit einem Echtzeit-Überwachungssystem die Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Anlage erhöht werden.
Welche Anwendungen für Geothermie sind neben der Wärmeversorgung von Gebäuden, der Beheizung von Gewächshäusern und der Stromerzeugung noch denkbar?
Das sind doch schon drei sehr große Anwendungsbereiche. Weitere Nutzungen sehe ich zum Beispiel in der Kälteerzeugung, wenn ich an die immer wärmeren Sommer in Europa denke. Außerdem kann die Geothermie durch intelligente Wärme- und Kälte-Speicherung einen Beitrag zur effizienten Energienutzung leisten, beispielsweise durch Aquiferspeicher. Zum anderen gerät die stoffliche Nutzung der hydrothermalen Tiefenwässer zur Rohstoff-Gewinnung stärker in den Blickpunkt, etwa zur Gewinnung von Lithium oder Kupfer.
Welche technischen Herausforderungen müssen bis zur verbreiteten Anwendung in Europa noch gelöst werden?
Nicht nur technische Herausforderungen beeinflussen die Entwicklung in Europa. Sicherlich müssen auch wirtschaftliche Risiken minimiert werden, was durch neue und bessere Erkundungsmethoden gelingen kann. Weitere wichtige Themen sind die nachhaltige Bewirtschaftung der Reservoire und die Nutzung leistungsfähiger Pumpen und Materialien, so dass die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit der Anlagen erhöht wird. Ein Hauptaugenmerk sollte auch auf die Verbesserung der ökonomischen und vor allem der rechtlichen Rahmenbedingung gelegt werden, um die Entwicklungszeiten von Geothermie-Projekten zu verkürzen.
Wenn wir einen Blick in die Zukunft richten: Kann Geothermie zur bedeutendsten erneuerbaren Energiequelle werden?
Geothermie ist schon heute weltweit eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen, da sie über das ganze Jahr als nicht fluktuierende Energiequelle zur Verfügung steht und je nach Bedarf nutzbar ist. Daher kann Geothermie einen wichtigen Beitrag zur Strom- und Wärmeversorgung in Deutschland und Europa leisten und damit einen Beitrag zur Dekarbonisierung und zum Klimaschutz. In Deutschland wird auch künftig eher die Wärmenutzung im Vordergrund stehen, in anderen Ländern wie der Türkei oder Indonesien eher die Stromerzeugung.
Demonstrationskraftwerk in Indonesien
Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts GeNie wurde gemeinsam mit indonesischen Partnern ein geothermisches Demonstrationskraftwerk am geothermischen Standort in Lahendong auf Sulawesi gebaut und erprobt. Ziel des Vorhabens war die Demonstration einer verlässlichen und effizienten geothermischen Niedertemperatur-Stromerzeugung in Indonesien. Mit verschiedenen Konzepten zur Energieversorgung und infrastruktureller Einbindung von Niedertemperatur-Kraftwerken beschäftigt sich noch bis Ende 2022 das Nachfolgeprojekt SigN.