Anfänge der Geothermie in Deutschland

Die erste Pilotanlage für das sogenannte ‚hot-dry-Rock-Verfahren’ (HDR) entsteht ab 1977 in Bad Urach, südlich von Stuttgart auf der Schwäbischen Alp in Württemberg. Dieses nationale Projekt lief bis 1996. Bei diesem Verfahren dient das trockene, heiße Tiefengestein als ‚Tiefsieder’. Kaltes Wasser wird hinunter- und erhitztes Wasser wieder hinaufgepumpt. Das Ziel ist die Beheizung von 1.500 Wohneinheiten. Die Arbeitsgruppe Geothermik, die das 13 Mio. DM Projekt durchführt, wird zu 75 % vom BMFT gefördert, den Rest teilen sich die Stadt Bad Urach und die EG. Ausgewählt wurde der Ort deshalb, weil an dieser lokalen Anomalie die Wärme pro 100 m Tiefe um 5°C steigt, statt – wie sonst im Durchschnitt – nur um 3°C. Ein zweites nationales Projekt läuft zwischen 1977 und 1986 in Falkenberg.

Wie schwer Kostenabschätzungen in der Geologie jedoch tatsächlich sind, zeigt sich einige Jahre später in wiederum Bad Urach, als dort nach einem in etwa 4.600 m Tiefe vermuteten natürlichen Kluftsystem gebohrt wurde. Die Bohrung gerät im Mai 2004 bei 2.800 Meter ins Stocken, weil die 6,5 Millionen Euro des zu 97 % vom Bundesumweltministerium finanzierten Projektes wegen vorzeitiger geologischer Probleme aufgebraucht sind. Nun wird der Bohrturm abgebaut – bis die fehlenden knapp 4 Mio. € zusammenkommen. Ein gutes Drittel davon will wiederum der Bund beisteuern, aber auch der Energieversorger EnBW – vertraglich nur für den oberirdischen Teil verantwortlich – ist  weiterhin am Projekt interessiert.

Die Problematik des ‚hot-dry-Rock­ Verfahrens’ besteht darin, daß es erst dann wirtschaftlich wird, wenn ein Hohlraum mit ausreichend großer Fläche gefunden wird, in welchen das zu erhitzende Wasser hineingepumpt werden kann. Die Schwierigkeit der exakten Platzierung beider notwendigen Zu- und Abpumpbohrungen läßt sich mit einer gemeinsamen Doppellochbohrung umgehen. Die Bedingung hierfür ist das Vorhandensein einer Tiefenstruktur aus wasserdurchlässigem kristallinen Gestein (Granit und Gneis), unter der sich das Magma befindet.

An der genannten Örtlichkeit zeigt sich jedoch, daß die dort erwarteten 110°C – 130°C in 2.300 m – 2.500 m Tiefe bei weitem überschritten werden:

Bohrtiefe
Temperatur
1.700 m
75°C
1.810 m
96°C
2.682 m
250°C (*)
3.334 m
140°C

       
(*) Die hohe Temperatur in dieser Tiefe soll sich laut Prof. Hans-Ulrich Schmincke durch einen Wärmetransport durch Konvektion und Wasserströmungen erklären lassen. Diese Versuche in Urach ergeben allerdings, daß derartige Projekte zu kostenaufwendig sind, denn der wirkliche Wärmegewinn ist sehr gering.

Die erste kommerzielle Erdwärme-Bohrung der Bundesrepublik wird dann Ende 1979 im Oberrheintal niedergebracht. Die Deutsche Schachtbau- und Tiefbohrgesellschaft (Lingen) beginnt dort eine 3.325 m tiefe Bohrung, mittels derer später mehrere tausend Wohneinheiten der Kreisstadt Bühl bei Baden-Baden beheizt werden sollen. Die vom BMFT mit 7 Mio. DM geförderte Bohrung wird fündig und erbringt eine Wassertemperatur von 110°C, der Durchmesser der Bohrung bei der erreichten Endtiefe beträgt 17,5 cm. Für die notwendigen Installationen wie Heizverteiler und Wärmeaustauscher sind 80 Mio. DM veranschlagt, die zu 80 % vom Bund getragen werden sollen. Und obwohl der Freiburger Geologie-Professor Kurt Sauer schätzt, daß sich aus geothermischen Bohrungen höchstens 3 % des gesamten bundesdeutschen Energieverbrauchs decken ließe, entwickelt die Firma Linde AG ein Verfahren, das es erlaubt schon mit nur 150°C heißem Wasser ein Kraftwerk zu betreiben, dessen Arbeitsmedium Propangas ist.

Für 4,5 Mio. DM, die zu 90 % von Bund und Ländern getragen werden, wird in der Nähe von Bruchsal eine 1.877 m tiefe Bohrung eingebracht, die auf 114°C heißes Wasser stößt, welches zukünftig das Hallenbad und ein benachbartes Sportzentrum beheizen soll. Die 20 l/s Heißwasser sollen nach dem Kaskadenmodell zuerst Strom produzieren (etwa 3,36 MW), dann (bei etwa 74°C) Raumwärme erbringen und danach noch Gewächshäuser und Fischfarmen erwärmen. Über eine zweite Injektionsbohrung wird das abgekühlte Wasser dann wieder in den Boden zurückgepumpt.

Bei Saulgau auf der Schwäbischen Alp gibt es einen weiteren Versuch, bei dem aber nur 42°C warmes Wasser gefördert werden kann. 1980 entsteht im ostbayerischen Falkenberg ein HDR-Zirkulationssystem in 250 m Tiefe. Und 1989 will die Stadt Landshut einen unterirdischen Fluß, dessen Temperatur 52°C beträgt, für ein Projekt zur Gewinnung von Erdwärme nutzen.

Die ehemaligen Geothermieprojekte der DDR (s.d.) werden nach 1991 weitgehend ‚abgewickelt’, obwohl sogar der japanische Handelskonzern Marubeni Interesse an dem Ausbau der Thermal- und Heilbäder an der Ostseeküste zeigt. Erst 1994 wird in Prenzlau wieder gearbeitet, und ab November des Jahres wird aus 3.000 m Tiefe 108°C heißes Wasser gefördert, das zur Beheizung von 1.260 Haushalten dient. 1995 bekommt das Projekt den Innovationspreis der EU. Weitere Projekte in Brandenburg laufen in Rheinsberg und Templin.

Ebenfalls ab 1994 beginnt im Erdinger Moos bei München die Arbeit daran, eine 65°C warme Thermalquelle anzuzapfen, die 1983 bei Ölbohrungen der Firma Texano in 2.350 m Tiefe entdeckt wurde. Beim Dauerpumpen stellte sich die Bohrung mit 55 l/s als sehr ergiebig heraus, außerdem war das Wasser von hoher Qualität. Das Konzept des Markt Schwabener Ingenieurbüros terrawat beinhaltet eine Mehrfachnutzung, es wird für eine installierte Leistung von 18 MW für die beiden Bereiche Fernwärme und Thermalwasseraufbereitung ausgelegt. Das ausgekühlte Wasser wird nach Entgasung, Filterung und Anreicherung mit Sauerstoff in das städtische Trinkwassernetz eingespeist, und ein Teil des Thermalwassers wird einem Freizeitbad- und Hotelkomplex zur Verfügung gestellt. Im Rahmen der Investitionssumme von 30 Mio. DM werden durch einen Wärmetauscher (1,7 MB) und durch eine eigens für das Projekt entwickelten Absorptionswärmepumpe (6,8 MW) über ein 10 km langes Leitungssystem das Kreiskrankenhaus sowie sechs Schulen und Kindergärten sowie drei Neubaugebiete mit ca. 2.000 Wohnungen beheizt. Für besonders kalte Tage gibt es zur Sicherheit zwei erdgasbefeuerte Heißwasserkessel, die außerdem die Wärmepumpe antreiben. Die von der EU und Bayern geförderte Erdinger Anlage geht offiziell am 25. März 1998 in Betrieb und gilt zu diesem Zeitpunkt als Deutschland größte Geothermieanlage, die auch europaweit einmalig ist. Als Folgeprojekt ist ein Thermalbad geplant.

Der Leiter des Referats Geothermik im Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung Christoph Clauser schätzt 1997, daß die Geothermalenergie etwa 49 % des Wärmebedarfs der Bundesrepublik decken könnte.

1994 gibt es deutschlandweit 20 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 33 MW, 1998 sind es bereits 22 Anlagen mit insgesamt 39 MW – und hinzu kommen inzwischen noch rund 20.000 kleinere, dezentrale Anlagen mit weiteren 285 MW Gesamtleistung. 13 weitere Anlagen mit einer Gesamtleistung von über 90 MW sind geplant. Das Bundeswirtschaftsministerium kommt in einer Studie zu dem Schluß, daß bundesweit über 50 GW Wärmeenergie durch zentrale Erdwärmekraftwerke gewonnen werden könnten, sowie weitere 30 GW durch dezentrale Anlagen.

Grafik des Aquifers

Reichstag-Aquifer

Bei der umfassenden Renovierung und dem technischen Ausbau des Berliner Reichstags Mitte der 1990er werden neue Energiekonzepte miteinbezogen – neben der Solarenergie (eine PV-Anlage von 3.600 qm, die allerdings nur 1 – 2 % des Gebäudestromverbrauchs deckt) kommt so auch die Erdwärme zum Zuge. Es wird nämlich festgestellt, daß sich in etwa 300 m Tiefe ein ‚Aquifer’, eine 29 m mächtige Sandsteinschicht mit 19°C warmem Wasser befindet.

Geplant und umgesetzt wird daraufhin neben einem Pflanzenöl-betriebenen Blockheizkraftwerk ein unterirdischer Wärme- und Kältespeicher: Im Abstand von 300 m werden zwei Löcher in den salzwassergefüllten Wärmespeicher eingebracht, eine ‚warme’ und eine ‚kalte’ Seite. Beide werden durch ein lecküberwachtes Leitungssystem aus glasfaserverstärkten Kunststoffrohren miteinander verbunden. Zwischen den Temperaturpolen wird das Wasser im Wechsel der Jahreszeiten hin- und hergepumpt, und die Überschusswärme des Sommers wird mit einer Wassertemperatur von 60°C in die Wärmeblase geleitet, die sich dabei auf einige hundert Meter ausdehnt. In den kalten Monaten wird die Pumprichtung umgedreht, und mit einem Rückholwirkungsgrad von etwa 65 % versorgt die eingespeicherte Wärme dann den Niedrigtemperaturbereich der Heizsysteme des Reichstags, der Dorotheenblöcke, des Luisen- und des Alsenblocks.

Die hierfür eingesetzte Tauchpumpe stammt aus der Erdölwirtschaft und hat eine Länge von 10 m bei einem Duchmesser von 15 cm. Sie wiegt 800 kg. In Betrieb geht das ganze System 1999.

1998 wird bekannt, daß auch bei den Plänen für den Großflughafen Berlin-Schönefeld die Geothermie eine Rolle spielen soll. Ende des Jahres stimmt der EU-Forschungsministerrat geschlossen dagegen, auch die Geothermie in das 5. Forschungsrahmenprogramm der EU aufzunehmen. Bis 2004 bestehen dadurch nur noch eingeschränkte Fördermöglichkeiten. Auch das Projekt in Bühl (s.u. Frankreich) wird auf Eis gelegt.

Im November 1999 beschließt der Bundestag, die Geothermie-Forschung bundesweit mit 20 Mio. DM zu fördern. Das Geoforschungszentrum in Potsdam erhält seit 1999 rund 3 Mio. DM pro Jahr.