Was ist Geothermie?

Im engeren Sinn bezieht sich Geothermie auf die Nutzung der Erdwärme aus bis zu ca. 400 m Tiefe mittels Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren oder durch flache Grundwasserbrunnen.

Die Oberflächennahe Geothermie nutzt die relativ geringen Temperaturen des Bodens, des Gesteins oder des Grundwassers nahe der Erdoberfläche mittels Wärmepumpe für eine Wärmeversorgung.

Die Tiefe Geothermie umfasst die thermische Nutzung des Untergrunds ab ca. 400 m bis zu mehreren Kilometern Tiefe mit Hilfe von Tiefbohrungen.

In Deutschland gibt es geeignete Gebiete für die Nutzung hydrothermaler Geothermie im Süddeutschen Molassebecken, im Oberrheingraben und im Norddeutschen Becken.

Arten von Geothermie-Anlagen

Geothermie-Anlagen sind eine nachhaltige und ressourcenschonende Möglichkeit, Energie zu gewinnen. Es gibt verschiedene Arten von Geothermie-Anlagen, die jeweils unterschiedliche Methoden nutzen, um Erdwärme zu nutzen. Hier sind die wichtigsten:

• Oberflächennahe Geothermie: Bei dieser Art der Nutzung wird bis zu 400 Meter tief gebohrt, um Wasser mit einer Temperatur von bis zu 25 Grad Celsius zu fördern. Das Wasser wird über ein geschlossenes Rohrsystem an die Oberfläche befördert und über Wärmepumpen auf die benötigte Temperatur gebracht.
• Tiefe Geothermie: Es gibt zwei Arten von tiefen Geothermie-Anlagen:
• Hydrothermale Systeme: Diese nutzen wasserführende Schichten, sogenannte Aquifere, in Tiefen von 3000 bis 7000 Metern. Das heiße Thermalwasser wird direkt zur Energiegewinnung genutzt.
• Petrothermale Systeme: Bei diesem Verfahren wird die Wärme des heißen Tiefengesteins genutzt. Beim Hot-Dry-Rock-Verfahren wird Wasser mit hohem Druck in das heiße Gestein gepresst, wodurch natürliche und künstliche Risse entstehen. Das Wasser nimmt die Wärme des Gesteins auf und wird dann zur Oberfläche befördert, wo es zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

Laut geologischen Schätzungen steht in Deutschland im Tiefenbereich von 3000 bis 7000 Metern genug Energie zur Verfügung, um die Bevölkerung theoretisch für gut 10.000 Jahre vollständig mit Strom und Wärme zu versorgen.

Wie funktioniert eine geothermische Heizung?

Eine geothermische Heizung funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank, nur im umgekehrten Betrieb. Sie entzieht dem Untergrund Wärme und gibt diese an das Haus ab. Zur Gewinnung der Erdwärme wird in den meisten Fällen ein Wärmetauscher eingesetzt. Dabei zirkuliert Wasser oder eine Wärmeträgerflüssigkeit in einem geschlossenen Rohrsystem im Untergrund und nimmt die Wärme aus dem Boden auf. Bei einem Brunnensystem zirkuliert das Grundwasser in zwei offenen Brunnen.

Diese Wärme wird an der Oberfläche an die Wärmepumpe abgegeben. In der Wärmepumpe zirkuliert ein Arbeitsmittel (Kältemittel), das bei niedrigen Temperaturen verdampft und dabei die Wärme aus der Wärmeträgerflüssigkeit aufnimmt. Das verdampfte Kältemittel wird in einem Kompressor stark verdichtet, wodurch die Temperatur deutlich ansteigt. Anschließend gibt das heiße Mittel seine Wärme an das Heizungssystem ab, kühlt sich ab und verflüssigt sich wieder. Durch ein Expansionsventil tritt es dann wieder in den Niederdruckbereich ein, wodurch es weiter abkühlt und wieder Wärme aus der Erde aufnehmen kann.

Für den Antrieb des Kompressors benötigt eine Wärmepumpe Energie, die meist in Form von Strom oder Gas zugeführt wird. Die Effizienz einer Wärmepumpe wird unter anderem durch die Jahresarbeitszahl bestimmt. Eine Jahresarbeitszahl von 4 bedeutet, dass eine Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom vier Kilowattstunden Heizungswärme erzeugt. Eine weitere Verbesserung der CO2-Bilanz einer Erdwärmeanlage kann durch den Einsatz von Strom aus regenerativen Quellen erreicht werden, da dadurch keine klimaschädlichen CO2-Emissionen entstehen.

Vorteile der Nutzung von Erdwärme

Erdwärme bietet eine Vielzahl von Vorteilen, die sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich sind. Die Nutzung von Erdwärme als Energiequelle bringt eine sichere Versorgung rund um die Uhr. Im Gegensatz zu anderen Energiequellen wie Kohle oder Gas, die begrenzt sind, ist Erdwärme eine unerschöpfliche Ressource.

Ein weiterer großer Vorteil der Nutzung von Erdwärme ist die Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen. Erdwärme reduziert den Bedarf an Erdöl und Erdgas, die nicht nur endlich sind, sondern auch negative Auswirkungen auf die Umwelt haben. Dies führt zu einer Verringerung der Treibhausgasemissionen und trägt somit zum Klima- und Umweltschutz bei.

Geothermie bietet auch die Möglichkeit der Grundlastfähigkeit. Im Gegensatz zu erneuerbaren Energien wie Wind oder Sonne, die wetterabhängig sind, steht Erdwärme kontinuierlich zur Verfügung. Dadurch kann eine stabilere und zuverlässigere Energieversorgung gewährleistet werden. Darüber hinaus ist die Technologie zur Nutzung von Erdwärme äußerst effizient, mit einem Wirkungsgrad von nahezu 100%. Dies bedeutet, dass ein Großteil der gewonnenen Energie tatsächlich genutzt werden kann.

Die Nutzung von Erdwärme hat auch Vorteile in Bezug auf Flächeneinsparung. Die Anlagen zur Nutzung von Erdwärme benötigen im Vergleich zu anderen Energieerzeugungsanlagen wenig Platz. Dies ist besonders vorteilhaft in Gebieten mit begrenzter Fläche. Zudem kann ein Fernwärmeanschluss an die Geothermie den Wert einer Immobilie steigern und langfristige Kosteneinsparungen bringen. Die Wärmeversorgung aus geothermischer Fernwärme ist langfristig kostengünstiger als die Versorgung mit fossilen Brennstoffen, was sowohl für Privathaushalte als auch für Unternehmen von Vorteil ist.

Nachteile und Risiken der Nutzung von Erdwärme

Erdwärme, auch bekannt als Geothermie, bietet viele Vorteile als erneuerbare Energiequelle. Allerdings gibt es auch einige Nachteile und Risiken, die berücksichtigt werden müssen.

• Erdbebenrisiko: In Regionen mit häufigen Erdbeben ist die Nutzung von Erdwärme problematisch, da dafür Löcher in den Boden gebohrt werden müssen. Diese Bohrungen können das Risiko von Erdbeben erhöhen.
• Komplexe Installation: Die Maschinen zur Energieerzeugung durch Erdwärme sind relativ groß und erfordern einen aufwendigen Installationsprozess. Dies kann zu hohen Kosten und einem längeren Zeitrahmen für die Umsetzung führen.
• Effizienzprobleme: Turbinen, die mit Wasserdampf betrieben werden, arbeiten aufgrund von Verunreinigungen und anderen Stoffen weniger effizient. Dies kann die Effizienz der Energieerzeugung durch Erdwärme beeinträchtigen.

Trotz dieser Nachteile gibt es jedoch auch viele Vorteile der Nutzung von Erdwärme. Geothermie ist im Vergleich zu anderen Energieerzeugungsmethoden umweltfreundlicher und erneuerbar. Der CO₂-Ausstoß ist gering und die Energiequelle ist immer verfügbar, unabhängig von Jahreszeiten und Wetterbedingungen. Erdwärme kann nicht nur zur Strom- und Wärmeerzeugung, sondern auch zum Kühlen von Gebäuden genutzt werden. Außerdem benötigt die Gewinnung von Energie aus Erdwärme weniger Platz und ist langfristig betrachtet kostengünstiger.

Die Funktionsweise der Geothermie besteht darin, dass die Wärme aus dem Erdkern durch Strömungen der flüssigen Masse in der Erde an die Erdkruste gelangt. Es gibt zwei Arten von Erdwärme: oberflächennahe und tiefe Geothermie. Bei der oberflächennahen Geothermie werden Wärmekollektoren in einer Tiefe von 50 bis 150 Metern verlegt, während bei der tiefen Geothermie Bohrungen von drei bis fünf Kilometern Tiefe erforderlich sind. Die Energie kann entweder aus warmem Wasser oder aus heißem Tiefengestein gewonnen werden.

Die Kosten für eine geothermische Heizung können je nach verschiedenen Faktoren variieren. Dazu gehören sowohl die Investitionskosten als auch die Betriebskosten. Die Investitionskosten für eine geothermische Heizung hängen von der Art der Anlage ab. Im Durchschnitt liegen die Investitionskosten für eine Erdwärmepumpe in einem Einfamilienhaus zwischen 15.000 und 30.000 Euro. Bei einer Geothermie mit Erdwärmekollektoren betragen die Kosten etwa 18.000 Euro, während bei einer Erdwärmepumpe mit Erdsonden durchschnittlich rund 23.000 Euro anfallen.

Die Betriebskosten für das Heizen mit Erdwärme gelten als vergleichsweise niedrig. Für ein Einfamilienhaus werden etwa 200 Euro Stromkosten pro Jahr einkalkuliert, da günstige Tarife speziell für den Betrieb von Wärmepumpen angeboten werden. Die Kosten werden auch von der Energieeffizienz der ausgewählten Erdwärmepumpe beeinflusst. Eine besonders effiziente Anlage kann die Betriebskosten einer geothermischen Heizung deutlich senken.

Die Kosten für das Heizen mit Erdwärme sind jedoch vom Nutzungsverhalten und dem Stromtarif abhängig. Der genaue Betrag kann von Fall zu Fall unterschiedlich sein. Bei einer Beispielrechnung mit einem Preis von 20 Cent pro Kilowattstunde und einer Wärmepumpe, die aus 1 kWh eingesetzter Energie 3,5 kWh nutzbare Energie erzeugt, ergibt sich beispielsweise ein Betrag von 200 Euro pro Jahr für einen Verbrauch von 3.500 kWh.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Kosten einer geothermischen Heizung zu verringern. Eine davon ist die Beantragung einer Förderung beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Es ist auch möglich, die KfW-Förderung in Anspruch zu nehmen. Diese umfasst zinsgünstige Kredite und direkte Zuschüsse, um die Kosten für eine geothermische Heizung zu reduzieren. Es ist wichtig, die Anträge fristgerecht einzureichen und sich über die verschiedenen Fördermöglichkeiten zu informieren.

Übersicht über staatliche und regionale Förderprogramme für geothermische Heizungen in Deutschland

Die Förderung für geothermische Heizungen in Deutschland bietet Hausbesitzern eine finanzielle Unterstützung bei der Anschaffungskosten für ein neues Heizsystem. Im Jahr 2023 gibt es verschiedene Förderprogramme, die über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) gebündelt werden. Diese Programme werden von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) und dem Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) verwaltet.

• BEG EM (BAFA): Hierbei handelt es sich um eine Förderung für Einzelmaßnahmen (EM) an bestehenden Wohn- oder Nichtwohngebäuden.
• BEG WG + BEG NWG (KfW): Diese Förderung gilt für den Neubau oder die Komplettsanierung von Wohn- und Nichtwohngebäuden. Dabei können zinsgünstige Kredite mit Tilgungszuschuss in Anspruch genommen werden.
• Neubauförderung: Für den Neubau von Gebäuden gibt es spezielle Förderkredite inklusive Tilgungszuschuss.
• Förderung für Komplettsanierung: Auch für eine umfassende Sanierung zum Effizienzhaus stehen Förderkredite inklusive Tilgungszuschuss zur Verfügung.
• Zusätzliche regionale Zuschüsse: In einigen Bundesländern und Kommunen stehen zusätzliche Zuschüsse für die Gebäudesanierung zur Verfügung.

Die Förderung für geothermische Heizungsanlagen im Jahr 2023 beinhaltet verschiedene Boni und Zuschüsse. Ein Beispiel hierfür sind die Wärmepumpen-Boni, die sowohl die Energiequelle als auch das natürliche Kältemittel berücksichtigen. Ein Austausch-Bonus für Solarthermie wird nur gewährt, wenn die neue Heizung ohne Öl oder Gas betrieben wird. Ferner ist die Nutzung von Biomasse nur förderfähig, wenn sie in Kombination mit einer Wärmepumpe oder Solarthermie erfolgt.

Für das Jahr 2024 steht die endgültige Festlegung der Förderung noch aus. Es wird jedoch erwartet, dass die Fördersätze erhöht und die förderfähigen Kosten halbiert werden. Dennoch ist es ratsam, nicht auf die Förderung von 2024 zu warten, da mögliche höhere Förderungen möglicherweise nicht die Gesamtkosten aufwiegen. Es wird empfohlen, die Förderung bereits jetzt in Anspruch zu nehmen, um Wartezeiten und Preissteigerungen zu vermeiden.

Erfahrungen von Hausbesitzern mit geothermischer Heizung

Geothermische Heizsysteme können eine effiziente und nachhaltige Lösung für das Heizen von Häusern sein. Die Erfahrungen von Hausbesitzern, die bereits eine geothermische Heizung installiert haben, zeigen positive Aspekte sowie einige wichtige Faktoren, die berücksichtigt werden müssen.

Vorteile einer geothermischen Heizung: Der erste wichtige Punkt ist, dass die Investitionskosten für geothermische Heizungen in der Regel höher sind als bei konventionellen Heizsystemen. Jedoch bieten sie langfristig deutliche Kosteneinsparungen bei den jährlichen Heiz- und Betriebskosten. Durch den Einsatz einer geothermischen Heizung als alleiniges Heizsystem im Haus können zusätzliche Heizsysteme vermieden werden.

Effizienz und Abhängigkeit von Hausart und Strompreisen: Eine geothermische Heizung ist insbesondere in Neubauten effektiv, da diese in der Regel niedrigere Temperaturen erfordern, was zu einer höheren Effizienz führt. Bei älteren Gebäuden kann es hingegen erforderlich sein, zusätzliche Heizsysteme oder höhere Temperaturen zu verwenden, was die Effizienz der geothermischen Heizung verringern kann. Darüber hinaus hängen die Kosten für die geothermische Heizung von den Strompreisen ab. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass geothermische Heizungen im Vergleich zu Öl- oder Gasheizsystemen eine höhere Effizienz und Stabilität aufweisen.

Planung und Umweltfreundlichkeit: Bei der Installation einer geothermischen Heizung ist eine sorgfältige Planung und Dimensionierung entscheidend, um den Stromverbrauch zu minimieren und mögliche Schäden am Erdreich zu vermeiden. Es besteht auch ein ökologischer Vorteil, da geothermische Heizungen im Vergleich zu Öl-, Gas- und Holzheizsystemen weniger CO2-Emissionen produzieren. Allerdings hängt der Gesamtkohlenstoff-Fußabdruck von der Stromquelle ab, die für die Stromversorgung der Wärmepumpe verwendet wird.

Die Erfahrungsberichte von Hausbesitzern, die bereits eine geothermische Heizung installiert haben, sind wertvolle Quellen, um weitere Einblicke in die Effizienz und Funktionalität solcher Heizsysteme zu erhalten.

Vergleich der Vor- und Nachteile von geothermischer Heizung im Vergleich zu Gas-, Öl- und elektrischen Heizsystemen

Die geothermische Heizung, insbesondere die Erdwärmepumpe, bietet eine effiziente Möglichkeit, die im Erdreich gespeicherte Sonnenenergie zur Wärmeerzeugung zu nutzen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gas-, Öl- und elektrischen Heizsystemen bietet sie mehrere Vorteile. Einer der wichtigsten Vorteile ist, dass sie eine CO2-freie Wärmeerzeugung ermöglicht, was zur Verringerung der Treibhausgasemissionen beiträgt. Dies ist besonders wichtig im Hinblick auf den Klimawandel und den Übergang zu nachhaltigen Energiesystemen. Durch den Einsatz einer geothermischen Heizung können wir unseren ökologischen Fußabdruck reduzieren und zur Schonung der Umwelt beitragen.

Ein weiterer Vorteil der geothermischen Heizung ist ihre Unabhängigkeit von Öl- und Gaspreisschwankungen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen, bei denen die Preise stark von den Schwankungen auf dem Energiemarkt abhängen, ist die geothermische Heizung weniger anfällig für Preisschwankungen. Dies ermöglicht eine langfristige Planung und ermöglicht es den Nutzern, ihre Heizkosten besser zu kontrollieren. Darüber hinaus bieten geothermische Heizungen auch staatliche Förderungsmöglichkeiten, die die anfänglichen Investitionskosten teilweise oder sogar vollständig decken können.

Natürlich gibt es auch einige Nachteile bei der Nutzung von geothermischer Heizung. Einer der Hauptnachteile ist der hohe Initialeinsatz, der mit der Installation einer Erdwärmepumpe verbunden ist. Die Kosten einer Erdwärmepumpe liegen in der Regel bei mindestens 40.000 Euro, einschließlich der Erschließungsarbeiten und Bohrungen. Dieser hohe Preis kann für viele Menschen eine Hürde darstellen und sie davon abhalten, sich für dieses Heizsystem zu entscheiden. Darüber hinaus erfordert die Installation einer geothermischen Heizung eine Baugenehmigung und einen hohen Aufwand zur Erschließung der Kollektorfläche. Einschränkungen bei der Nutzung der Fläche über den Kollektoren und die begrenzte Erlaubnis für Erdsonden in einigen Gebieten können ebenfalls Einschränkungen darstellen.

Um eine fundierte Entscheidung treffen zu können, ist es wichtig, die Vor- und Nachteile der geothermischen Heizung im Vergleich zu Gas-, Öl- und elektrischen Heizsystemen abzuwägen. Während die geothermische Heizung viele Vorteile wie CO2-freie Wärmeerzeugung, Unabhängigkeit von Öl- und Gaspreisschwankungen und staatliche Förderungsmöglichkeiten bietet, müssen auch die hohen Investitionskosten und die Einschränkungen bei der Installation berücksichtigt werden. Es ist ratsam, sich vor der Entscheidung für ein bestimmtes Heizsystem umfassend zu informieren und gegebenenfalls Fachleute zu konsultieren.

Perspektiven und zukünftige Entwicklungen der geothermischen Energie in Deutschland

Die Nutzung geothermischer Energie in Deutschland birgt ein enormes Potenzial, um die Klimaziele zu erreichen. Besonders in Nordrhein-Westfalen (NRW) bieten sich hervorragende Voraussetzungen für die Nutzung dieser Energiequelle. In NRW existieren verschiedene geothermische Ressourcen wie stillgelegte Bergwerke im Ruhrgebiet, Karbonatgesteine im Rheinland und Münsterland sowie tiefliegende Thermalwasservorkommen. Diese bisher ungenutzten Ressourcen besitzen ein beträchtliches Wärmepotenzial.

Die Stadtwerke in NRW könnten von der Nutzung der Geothermie profitieren, um ihren Kunden zuverlässige und klimafreundliche Wärme zur Verfügung zu stellen. Insbesondere die Rhein-Ruhr-Region in NRW verfügt über eine breite wirtschaftliche und wissenschaftliche Expertise in der Nutzung von Georessourcen und kann damit eine Vorreiterrolle beim Übergang zur Tiefengeothermie einnehmen. Schätzungen zufolge könnte die Geothermie in NRW mehr als 70 Prozent des kommunalen Wärmebedarfs decken.

Diesbezüglich gibt es bereits wegweisende Projekte, wie zum Beispiel die Stadtwerke Münster, die Vorstudien und Seismik-Untersuchungen erfolgreich abgeschlossen haben. Auch ein Konsortium der Stadtwerke Duisburg und Düsseldorf führt derzeit eine Machbarkeitsstudie zur Nutzung der Tiefengeothermie durch. Neben den Stadtwerken könnten auch andere Bereiche wie Industrie, Landwirtschaft, Nahrungsmittelherstellung und Wohnungswirtschaft von der geothermischen Energie profitieren.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) hat ein Eckpunktepapier für den Ausbau der Erdwärme vorgestellt. Dieses beinhaltet Maßnahmen zur Beschleunigung der Genehmigungsverfahren, Schaffung einer Fündigkeitsabsicherung und eine umfassende Explorationskampagne. Der Bundesverband Geothermie (BVG) unterstützt diese Maßnahmen und fordert eine schnellere Umsetzung, um die Diskrepanz zwischen den Zielvorgaben und den aktuellen Zeithorizonten für geothermische Projekte zu verringern.