Physiokratie und Geothermie: Unterschied zwischen den Seiten

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'''Erdwärme''' ist die im zugänglichen Teil der [[Erdkruste]] gespeicherte [[Wärme]] ([[thermische Energie]]), sie kann aus dem Erdinneren stammen oder (beispielsweise in [[Frostboden]]) durch [[Niederschlag|Niederschläge]] oder Schmelzwässer eingebracht worden sein und zählt zu den [[Erneuerbare Energie|regenerativen Energien]], die durch [[Erdwärmeübertrager]] entzogen und genutzt werden können. Erdwärme kann sowohl zum Heizen, zum Kühlen (siehe dazu [[Wärmepumpenheizung#Solar-Eis-Speicher-Wärmepumpe / Latent-Wärmepumpe / Direktverdampfer-Wärmepumpe|Eis-Speicher-Wärmepumpe]]), zur Erzeugung von [[Elektrischer Strom|elektrischem Strom]] oder in der kombinierten [[Kraft-Wärme-Kopplung]] genutzt werden. In einem [[Erdpufferspeicher]] "zwischengelagerte" Wärme wird nicht zur Erdwärme gezählt.


'''Physiokratie''' oder '''Physiokratismus''' ({{grcS}} ‚Herrschaft der Natur‘, [[Wikipedia:Komposition (Grammatik)|Kompositum]] aus {{lang|grc|φύσις|phýsis|de=Natur}} und {{lang|grc|κρατία|kratía|de=Herrschaft}}) ist eine von [[Wikipedia:François Quesnay|François Quesnay]] im Zeitalter der [[Aufklärung]] begründete ökonomische Schule mit der Annahme, nach welcher allein die [[Natur]] [[Wikipedia:Wert (Wirtschaft)|Werte]] hervorbrächte und somit der Grund und Boden der einzige Ursprung des Reichtums eines Landes sei. Somit könnten nur die [[Landwirtschaft]], die [[Wikipedia:Forstwirtschaft|Forstwirtschaft]], der [[Wikipedia:Bergbau|Bergbau]] und die [[Wikipedia:Fischerei|Fischerei]] einen Überschuss der Produktion über die Vorleistungen erzielen (die [[Wikipedia:Wirtschaftssektor#Primärsektor (Urproduktion)|Urproduktion]]), während [[Wikipedia:Gewerbe|Gewerbe]] lediglich Vorprodukte ''umformen'' würden.
'''Geothermie''' bezeichnet sowohl die [[geowissenschaft]]liche Untersuchung der thermischen Situation als auch die [[Technik|ingenieurtechnische]] Nutzung der Erdwärme.


Diese Theorie entwickelte erste systematische Ansätze zur Erklärung [[volkswirtschaft]]licher Strukturen und Prozesse; Quesnays ''[[Wikipedia:Tableau économique|Tableau économique]]'' ist die erste Darstellung des [[Wirtschaftskreislauf]]s.
== Geothermische Energie ==
=== Ursprung ===
[[Datei:Geothermie.jpg|mini|Geothermische Anlage in [[Kalifornien]]]]
[[Datei:NesjavellirPowerPlant edit2.jpg|mini|Geothermiekraftwerk in [[Island]]]]
[[Datei:Geothermie Bohrturm.jpg|mini|[[Bohrturm]] in [[Bayern]]]]


Ausgangspunkt der Physiokraten waren der Niedergang der [[Landwirtschaft]] durch die [[Merkantilismus|merkantilistische]] [[Wirtschaftspolitik]] [[Jean-Baptiste Colbert]]s in der späten Regierungszeit von [[Ludwig XIV.]] sowie die wirtschaftlichen Turbulenzen in der Zeit von [[Philippe II. de Bourbon, duc d’Orléans|Philipps von Orléans]], die durch die [[Mississippi-Spekulation]] [[John Law]]s ausgelöst worden waren.
Die bei ihrer Entstehung glutflüssige Erde ist innerhalb weniger Millionen Jahre erstarrt. Seit über vier Milliarden Jahren ist der radiale Temperaturverlauf im [[Erdmantel]] nur wenig steiler als die [[Adiabate]]. Dieser Temperaturgradient ist mit etwa 1 K/km viel zu klein, als dass [[Wärmeleitung]] einen wesentlichen Beitrag zum Wärmetransport leisten könnte. Vielmehr treibt der über die Adiabate hinausgehende Betrag des Temperaturgradienten die [[Mantelkonvektion]] an. Die im Vergleich zum Erdalter sehr rasche Konvektion – die [[ozeanische Kruste]] wurde und wird selten älter als 100 Millionen Jahre – wäre ohne aktive Wärmequellen im Erdinneren bald zum Erliegen gekommen. Das heißt, dass [[fühlbare Wärme]], die noch aus der Zeit der [[Entstehung der Erde]] stammt, am heutigen Wärmestrom kaum beteiligt ist.


== Theorie ==
Der zeitliche Temperaturverlauf war zunächst von der Kinetik des [[Radioaktivität|radioaktiven]] Zerfalls dominiert. Kurzlebige Nuklide sorgten für ein Maximum der Manteltemperatur im mittleren [[Archaikum]]. Seit früher Zeit trägt auch [[Kristallisationswärme]] von der Grenze des langsam wachsenden, festen inneren [[Erdkern]]s und [[Gravitation|gravitative]] [[Bindungsenergie]] aus der damit verbundenen Schrumpfung des ganzen Kerns zur Mantelkonvektion bei.
Die zentrale These der Physiokraten lautet, Grund und Boden sei die einzige Quelle des Reichtums, die Wertschöpfung erfolge nur daraus. Dies verlegt die Entstehung von [[Mehrwert (Marxismus)|Mehrwert]] in die Produktionssphäre, d.&nbsp;h. in das Verhältnis zwischen Arbeit und Kapital. Der mehrwerthaltige Überschuss, den die produktive Arbeit innerhalb der o.g. Bereiche erzielt, wird als eine „Gabe der Natur bezeichnet“. Wenn man die Wertentstehung in der Produktionssphäre sucht, ist es gewiss naheliegend, dass man sie zuerst im Austausch Mensch-Natur erblickt. Die Physiokratie stand damit im Gegensatz zum Konzept des ''profit upon expropriation'' bei englischen Ökonomen, welche die Quelle des Reichtums in die Sphäre der Zirkulation<ref>„Man gab [nach dem 17.Jh.] die Annahme einer Mengenkonstanz auf, um durch die Art der Allokation ein Mengenwachstum zu produzieren und zugleich diejenigen, die dabei zu kurz kommen, abfinden zu können.“ [[Niklas Luhmann]]: ''Die Wirtschaft der Gesellschaft.'' Suhrkamp, Frankfurt am Main 1988, ISBN 3-518-28752-4, Kapitel 3, IV.</ref> verlegten.


Nach den Auffassungen der Physiokraten sollten die administrativen Organe ihre Eingriffe in den [[Wirtschaftsprozess]] auf ein Mindestmaß einschränken – was sich als eine Reaktion auf den [[Merkantilismus]] mit seinen umfangreichem und zumeist aber konzeptionslosem [[Dirigismus]] erklären ließe – sowie auch am [[Eigentum|Privateigentum]] an den [[Produktionsmittel]]n um damit eine freie wirtschaftliche Betätigung der Menschen zu gewährleisten. Man war für die Aufhebung von [[Leibeigenschaft]]en und [[Zünfte]]n. Durch François Quesnay, einen der Hauptautoren der Theorie der Physiokratie, so ''[[Tableau économique]] (1758)'', wurde das [[Wirtschaftskreislauf|wirtschaftliche Kreislaufmodell]] analog zum Blutkreislauf konzipiert und durch ein Dreiklassen-Modell der [[Makroökonomie]] wurden die gegenseitigen Abhängigkeiten der [[Wirtschaftszweig]]e dargelegt.<ref>Helmut Reinalter (Hrsg.): ''Lexikon zum aufgeklärten Absolutismus in Europa.'' Böhlau-Verlag (UTB), Wien, Köln, Weimar (2005) ISBN 3-8252-8316-X S. 472–477</ref> Quesnay machte für das Funktionieren seines Kreislaufmodells folgende Voraussetzungen: eine freie Preisgestaltung, ein freier Handel, ein kapitalistisches Pachtsystem sowie der Geldfluss und Warenaustausch zwischen drei Klassen, den ''productives'' oder Bauern und Landwirten, den ''stériles'' oder Handwerkern, Kaufleuten, Händlern und den ''propriétaires'' den Adeligen und Grundbesitzern. Für Quesnay war die Gewährleistung eines kontinuierlichen Geldumlaufs essentiell für den Wohlstand eines Landes. Eine [[Akkumulation (Wirtschaft)|Akkumulation]] von Geldkapital sollte verhindert werden, da ein Zurückbehalten sich schädlich auf die wirtschaftlichen Aktivitäten auswirke.
Heute stammt immer noch der größere Teil der Wärme[[Leistung (Physik)|leistung]] aus dem radioaktiven Zerfall der langlebigeren Nuklide im Mantel, <sup>235</sup>[[Uran|U]] und <sup>238</sup>U, <sup>232</sup>[[Thorium|Th]] und <sup>40</sup>[[Kalium#Radioaktivität|K]].<ref name="books-nvUfBAAAQBAJ-9">Ingrid Stober: ''Geothermie.'' Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-642-24331-8, S.&nbsp;9 ({{Google Buch |BuchID=nvUfBAAAQBAJ |Seite=9}}).</ref> Der Beitrag jedes Nuklids wird berechnet aus der Zerfallsenergie und der Zerfallsrate; diese wiederum aus der [[Halbwertszeit]] und der [[Konzentration (Chemie)|Konzentration]]. Konzentrationen im Mantel sind der Messung nicht zugänglich, sondern werden aus Modellen der Gesteinsbildung geschätzt. Es ergibt sich eine Leistung aus radioaktivem Zerfall von etwa 20 bis 30&nbsp;[[Watt (Einheit)|Terawatt]] oder 40 bis 50&nbsp;kW/km².<ref name="NPO" /> Der gesamte Erdwärmestrom aus radioaktiven Zerfallsprozessen beträgt etwa 900 [[Vorsätze für Maßeinheiten|E]]J pro Jahr.<ref name="books-nvUfBAAAQBAJ-9" /> Dies entspricht wiederum einer Leistung von etwa 27,5 Terawatt für die gesamte Erde.<ref name="books-aqjU_NHyre4C-155">Thomas J. Ahrens: ''Global Earth Physics.'' American Geophysical Union, 1995, ISBN 978-0-87590-851-9, S.&nbsp;154 ({{Google Buch |BuchID=aqjU_NHyre4C |Seite=154}}).</ref> Seit kurzem werden Zerfallsraten mittels [[Neutrinodetektor]]en auch direkt gemessen, in Übereinstimmung mit dem bekannten Ergebnis, allerdings noch sehr ungenau, ±40 %.<ref name="NPO">The KamLAND Collaboration: ''Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements''. Nature Geoscience 4, 2011, S.&nbsp;647–651, [[doi:10.1038/ngeo1205]].</ref>


Die Theoretiker der Physiokratie teilen die Gesellschaft nach ihrer ökonomischen Bedeutungen, so sprach man von der wichtigsten Gruppe, der ''classe productive''. Das waren in der Landwirtschaft tätige Menschen, etwa Bauern und Pächter, nicht aber Landarbeiter. Als Gruppe der Grundeigentümer, als ''classe propriétaire,'' wurden der Adel, die Kirche und der König bezeichnet. Diese Gruppe erwirtschaftete keine Waren, sie führten aber die [[Grundrententheorie|Grundrenten]] erneut in den Umlauf, in die Zirkulation ein,  eine Voraussetzung für den volkswirtschaftlichen Reinertrag, ''produit net''. Unter der unproduktiven Gruppe, ''classe stérile'' wurden etwa die Kaufleute und die Handwerker verstanden, sie bildeten die Gruppe, die im Wirtschaftsprozess nur ihre eigene Arbeit hinzufügten ohne aber neue Werte zu schaffen. Der Kreislauf bestand somit in der jährlichen Reproduktion des von den einzelnen Gruppen oder Klassen, ''classes'' in den Wirtschaftsprozess eingebrachten Kapitals. Eine volle Reproduktion war nur innerhalb des ''ordre naturel'' denkbar, der Kreislauf konnte aber auch innerhalb eines ''ordre positif'' sowohl mit einem volkswirtschaftlichen Plus als auch Minus enden.
=== Wärmestrom aus dem Erdinneren ===
Der vertikale Wärmetransport durch Mantelkonvektion endet unter der [[Erdkruste]]. Von dort wird Wärme zunächst zum größten Teil durch Wärmeleitung transportiert, was einen viel höheren Temperaturgradienten als im Mantel erfordert, in kontinentaler Kruste oft in der Größenordnung von 30&nbsp;K/km, siehe [[geothermische Tiefenstufe]]. Zusammen mit der [[Wärmeleitfähigkeit]] ergibt sich die lokale Wärmestromdichte. Diese beträgt im Durchschnitt etwa 65 mW/m² im Bereich der Kontinente und 101 mW/m² im Bereich der Ozeane, global gemittelt 87 mW/m², was in einer global integrierten Wärmeleistung von etwa 44&nbsp;Terawatt resultiert.<ref>{{cite journal|doi=10.1029/93RG01249|journal=Reviews of Geophysics|author=Henry N. Pollack, Suzanne J. Hurter, Jeffrey R. Johnson|title=Heat flow from the Earth's interior: Analysis of the global data set|language=en|volume=31|issue=3|pages=267–280|year=1993}}</ref>


Das menschliche Zusammenleben wurde im physiokratischen Sinne als eine Verbindung aus ''ordre naturel'', dem [[Naturrecht]] der Aufklärung und dem ''ordre positif'' also dem vom Menschen geschaffenen Recht erklärt.
Das ist nur etwa das Doppelte des [[Weltenergiebedarf]]s, was bedeutet, dass Erdwärmenutzung im großen Stil immer auf eine lokale Abkühlung des Gesteins hinausläuft.<ref>Büro für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag: [http://www.tab-beim-bundestag.de/de/pdf/publikationen/berichte/TAB-Arbeitsbericht-ab084.pdf ''Möglichkeiten geothermischer Stromerzeugung in Deutschland'']. (PDF) Seite 18.</ref> Aufgrund der [[Wärmekapazität]] des Gesteines, und der damit verbundenen Menge der gespeicherten Wärme kann aber bei ausreichend großem Volumen die Abkühlung innerhalb der Nutzungsdauer gering bleiben und die Erdwärmenutzung somit nachhaltig sein. Der Weltenergiebedarf ist verglichen mit der in der Kruste gespeicherten Wärme klein. Diese lokale Abkühlung ihrerseits bewirkt dann eine Vergrößerung des Zuflussbereichs. Bei vorhandenen [[Aquifer]]en kann das effektiv genutzte Volumen von vornherein größer sein, da hier neben den Temperaturgradienten auch die Druckgradienten eine Rolle spielen. Diese finden sich beispielsweise in [[Grabenbruch|Grabenbrüchen]] (in Deutschland der [[Oberrheingraben]]) oder in tiefen [[Sedimentbecken]]. Solche Gebiete sind zunächst Gebieten vorzuziehen, in denen ein dichtes Gestein für die Konvektion erst erschlossen werden muss. Im Umfeld von [[Salzstock|Salzdiapiren]] kann durch deren hohe Wärmeleitfähigkeit Wärme aus einem großen Volumen zufließen.
Aus den Prinzipien des Naturrechts leiteten die Physiokraten eine unabhängige und objektiv gegebene [[Rechtsnorm|Norm]] ab, aus deren Beachtung sich die größtmögliche [[Wohlfahrt]] für alle Menschen erwirken ließe. Dennoch würde aber durch spontanes Handeln einzelner Menschen keine dieser der natürlichen Ordnung, entsprechend einem Gesellschaftsvertrag, hervorgebracht werden können. Vielmehr würde erst durch einen aufgeklärten Herrscher nicht nur eine Ordnung konstituiert, sondern auch gewährleistet werden, eben die ''ordre positif'' die dann im weitesten Sinne einer natürlichen Ordnung entspräche.


Denn der Wert des Arbeitsvermögens, also das, was ein Landarbeiter zum Leben braucht, wurde als eine natürlich bestimmte Konstante angenommen. Der Landarbeiter produziert in der Regel mehr, als er selber zum Leben benötigt. Dieser Zusammenhang wird gerade in der Landwirtschaft am sinnfälligsten, wo Aufwands- und Ertragsgrößen in Naturaleinheiten miteinander verglichen werden können. Daher gilt den Physiokraten die Landarbeit als einzig produktive Arbeit, die Grundrente als einzige Form des Mehrwerts. Der Profit für den Kapitalisten erscheint nur in der Form von Einkünften, welche er als eine Art Arbeitslohn zu seinem Lebensunterhalt bezieht. Geldzinsen werden zum naturwidrigen [[Wucher]] erklärt.
Im oberflächennahen Grundwasser und in den [[Erdoberfläche|oberflächennahen]] Gesteinsschichten wächst mit geringer werdenden Tiefen der Anteil an der Erdwärme, der letztlich aus der Sonneneinstrahlung stammt.


Eine weitere Einsicht können die Physiokraten für ihre Anschauung geltend machen: Geht man von einer geschlossenen Wirtschaft aus, dann leben die übrigen Wirtschaftsteilnehmer vom Bodenertrag, in welcher Form auch immer; dessen jeweilige Produktivität gibt bestimmte Grenzen des Wachstums vor.
== Einteilung der Geothermiequellen ==
=== Tiefe Geothermie ===
Tiefe Geothermie ist die Nutzung von Lagerstätten, die in größeren Tiefen als 400 m unter Geländeoberkante erschlossen werden.


Es war das große Verdienst Quesnays, die Formen der wirtschaftlichen Vorgänge als physiologische Formen der Gesellschaft aufzufassen, d.&nbsp;h. als aus der Produktion selbst hervorgehende Formen, die von Willen, Politik usw. unabhängig sind. Sie wurden indes als für alle Gesellschaftsformationen gleichermaßen gültig angesehen. So haben sie die Formen des Kapitals in der Zirkulation gesehen, denen später [[Adam Smith]] nur noch die Namen „[[fixes Kapital]]“ und „[[zirkulierendes Kapital]]“ geben musste.
Wärme ist umso wertvoller, je höher das [[Temperatur]]niveau ist, auf dem sie zur Verfügung steht. Es wird unterschieden zwischen Hochenthalpie- (hohe Temperaturen) und Niederenthalpielagerstätten (geringere Temperaturen). Als Grenze wird meist eine Temperatur von 200 °C angegeben.<ref>[https://www.geothermie.de/geothermie/geothermische-technologien/tiefe-geothermie.html Tiefe Geothermie] auf www.geothermie.de, abgerufen am 3. April 2020.</ref>


Das von den Physiokraten entwickelte Kreislaufmodell des ''Tableau économique'' modelliert erstmals ökonomische Interdependenzen und kann damit als Vorläufer einer [[Volkswirtschaftliche Gesamtrechnung|volkswirtschaftlichen Gesamtrechnung]] genannt werden. Auch erkannten sie erstmals die Bedeutung von Nettoinvestition und [[Akkumulation (Wirtschaft)|Kapitalakkumulation]].
==== Hochenthalpie-Lagerstätten ====
{| class="wikitable float-center" style="text-align:right"
|- class="hintergrundfarbe6"
!                        | Land              || Anzahl<br />der Vulkane || theoretische<br />Dauerleistung
|-
| style="text-align:left" | USA              ||                    133 || 23.000 MW<sub>el</sub>
|-
| style="text-align:left" | Japan            ||                    101 || 20.000 MW<sub>el</sub>
|-
| style="text-align:left" | Indonesien        ||                    126 || 16.000 MW<sub>el</sub>
|-
| style="text-align:left" | Philippinen      ||                      53 ||  6.000 MW<sub>el</sub>
|-
| style="text-align:left" | Mexiko            ||                      35 ||  6.000 MW<sub>el</sub>
|-
| style="text-align:left" | Island            ||                      33 ||  5.800 MW<sub>el</sub>
|-
| style="text-align:left" | Neuseeland        ||                      19 ||   3.650 MW<sub>el</sub>
|-
| style="text-align:left" | Italien (Toskana) ||                      3 ||    700 MW<sub>el</sub>
|-
| colspan="3" style="text-align:left" | <small>(Quelle:<ref>V. Steffansson: [http://geothermal.stanford.edu/pdf/WGC/2005/0001.pdf World geothermal assessment]{{Toter Link|date=2018-03 |archivebot=2018-03-25 12:48:21 InternetArchiveBot |url=http://geothermal.stanford.edu/pdf/WGC/2005/0001.pdf }} (PDF)</ref>)</small>
|}


== Vertreter ==
Die weltweite Stromerzeugung aus Geothermie wird durch die Nutzung von Hoch[[enthalpie]]-Lagerstätten, die Wärme bei hoher Temperatur liefern, dominiert. Dies sind geologische Wärmeanomalien, die oft mit aktivem [[Magmatismus]] einhergehen; dort sind mehrere hundert Grad heiße Fluide (Wasser/Dampf) in einer Tiefe von wenigen hundert Metern anzutreffen. Ihr Vorkommen [[Korrelation|korreliert]] stark mit aktiven oder ehemals aktiven Vulkanregionen. Es gibt aber auch Hochenthalpiefelder, die einen rein [[plutonit]]ischen oder [[Strukturgeologie|strukturgeologischen]] Hintergrund haben.
Sie selbst nannten sich ''économistes''. ''Physiokratie'' ist nach griechisch „Herrschaft der Natur“ gebildet. Der Begriff wurde 1768 von [[Pierre Samuel du Pont de Nemours]] (s. dort) geprägt.


[[Richard Cantillon]], ein irischer Bankier in Frankreich, formulierte die physiokratischen Ideen 1756 im ''Essai sur la nature du commerce en géneral'' (Aufsatz über die Natur des Handels im Allgemeinen). Später wurden diese Ideen von [[François Quesnay]] und [[Vincent de Gournay]] systematisch ausgebaut.
Abhängig von den Druck- und Temperaturbedingungen können Hochenthalpie-Lagerstätten mehr dampf- oder mehr wasserdominiert sein. Früher wurde der Dampf nach der Nutzung in die Luft entlassen, was zu erheblichem [[Schwefel]]verbindungsgeruch führen konnte (Italien, [[Larderello]]). Heute werden die abgekühlten Fluide in die Lagerstätte reinjiziert (zurückgepumpt). So werden negative Umwelteinwirkungen vermieden und gleichzeitig die Produktivität durch Aufrechterhalten eines höheren Druckniveaus in der Lagerstätte verbessert.


Hauptvertreter des Physiokratismus war der Franzose François Quesnay (1694–1774). Quesnay war Leibarzt von [[Ludwig XV.]] Als 1628 der [[Blutkreislauf]] von [[William Harvey]] entdeckt wurde, übertrug er dies auf das soziale Gefüge, insbesondere auf die [[Wirtschaft]]. Er präsentierte mit seinem [[Tableau économique]] das erste Modell eines [[Wirtschaftskreislauf]]s mit den Komponenten Entstehung, Verwendung und Verteilung (= historische Grundlage für das Konzept des [[Sozialprodukt]]es). Dieses [[Makroökonomie|makroökonomische]] Modell wird durch Tauschakte zwischen den sozialen Klassen vollzogen, wobei die Klassen rein vom ökonomischen Standpunkt aus gesehen werden.
Das heiße Fluid kann zur Bereitstellung von Industriedampf und zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen genutzt werden. Besonders interessant ist die Erzeugung von Strom aus dem heißen Dampf. Hierfür wird das im Untergrund erhitzte Wasser genutzt, um eine Dampfturbine anzutreiben. Der geschlossene Kreislauf im Zirkulationssystem steht so unter Druck, dass ein Sieden des eingepressten Wassers verhindert wird und der Dampf erst an der Turbine entsteht ([[Flash-Verdampfung]]).


[[Datei:Physiokratischer Geldschein 2.gif|thumb|Mustergeldschein: ''Physiokratisches Geld'' (Vorderseite) – Entwurf: Georg Blumenthal]]
==== Niederenthalpie-Lagerstätten ====
In nichtvulkanischen Gebieten können die Temperaturen im Untergrund sehr unterschiedlich sein. In der Regel sind jedoch tiefe [[Bohrung]]en notwendig; für die Stromerzeugung sind Temperaturen über 80&nbsp;°C erforderlich. Für eine in Deutschland wirtschaftlich sinnvolle Nutzung müssen die Temperaturen des Fluids über 100&nbsp;°C liegen.


Ein Schüler Quesnays war [[Anne Robert Jacques Turgot|Jacques Turgot]] (1727–1781), der von 1774 bis 1781 Generalkontrolleur der Finanzen und anschließend Finanzminister unter [[Ludwig XVI.]] war. Er konnte in seinen Funktionen einige Vorstellungen der Physiokraten in der Wirtschaftspolitik Frankreichs verwirklichen. Andere Ideen wie eine Steuerreform oder die Aufhebung der Zünfte scheiterten an dem Widerstand von Interessengruppen und führten schließlich zu Turgots Absetzung.
Generell werden im Bereich der tiefen Geothermie drei Arten der Wärmeentnahme aus dem Untergrund unterschieden; welches der in Frage kommenden Verfahren zum Einsatz kommt, ist von den jeweiligen geologischen Voraussetzungen, von der benötigten Energiemenge sowie dem geforderten Temperaturniveau der Wärmenutzung abhängig. Es wird öfter zur Wärmegewinnung genutzt, denn da kann bereits bei geringeren Vorlauftemperaturen die Wirtschaftlichkeit erreicht werden. Derzeit (2010) werden in Deutschland fast ausschließlich hydrothermale Systeme geplant. [[Hot-Dry-Rock-Verfahren|HDR]]-Verfahren befinden sich in den Pilotprojekten in [[Bad Urach]]&nbsp;(D), in [[Soultz-sous-Forêts]] im Elsass&nbsp;(F) und in [[Basel]]&nbsp;(CH) in der Erprobung. In Südost-Australien [[Cooperbecken]] ist seit 2001 ein kommerzielles Projekt im Gange (Firma ''Geodynamics Limited'').


Die durch ihn durchgeführte Aufhebung von Festpreisen auf Grundnahrungsmittel verschlechterte die Situation in Frankreich erheblich.
===== Hydrothermale Systeme =====
Liegen entsprechende Temperaturen in einem [[Aquifer]] vor, so kann aus diesem Wasser gefördert, abgekühlt und reinjiziert werden: Im Untergrund vorhandene Thermalwässer werden an einer Stelle gefördert und an einer anderen Stelle in den gleichen natürlichen Grundwasserleiter injiziert. Zur Förderung reicht dabei ein Druckausgleich, das Thermalwasser an sich zirkuliert nicht im Untergrund. [[Hydrothermal]]e Energie ist je nach vorliegender Temperatur zur Wärme- oder Stromgewinnung nutzbar. Die für hydrothermale Geothermie in Deutschland brauchbaren geologischen [[Horizont (Geologie)|Horizonte]] können im [[Geothermisches Informationssystem|Geothermischen Informationssystem]] ersehen werden.


Nach dem Tode Quesnays verlor der Physiokratismus an Einfluss. Einzelne seiner Lehren finden sich aber noch in der Steuerreform Josefs II. in Österreich oder später in Baden in der „Einsteuer“ wieder. Neu aufgenommen und teilweise mit [[Anarchismus|anarchistischem]] und [[freiwirtschaft]]lichem Gedankengut verknüpft wurden die physiokratischen Ideen zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Besonders zu nennen sind hier [[Georg Blumenthal (Schriftsteller)|Georg Blumenthal]], Herausgeber der Zeitschrift ''Der Physiokrat,'' und [[Silvio Gesell]], der Begründer der Freiwirtschaftslehre.<ref>Günter Bartsch: ''Die NWO-Bewegung Silvio Gesells. Geschichtlicher Grundriß 1891–1992/93''. Lütjenburg 1994. S. 23f; ausführlich in den Kapiteln ''Georg Blumenthals Bausteine'' (S.22–24) und ''Die physiokratische Grundströmung'' (S. 50–57)</ref>
===== Petrothermale Systeme =====
[[Datei:Geothermie Prinzip.svg|mini|Das Prinzip der Nutzung der Geothermie aus heißem dichtem Gestein (HDR)]]


== Wichtige Vertreter ==
werden oft auch als [[Hot-Dry-Rock-Verfahren|HDR]]-Systeme ('''H'''ot-'''D'''ry-'''R'''ock) bezeichnet: Ist das Gestein, in dem die hohen Temperaturen angetroffen wurden, wenig [[Permeabilität (Festkörper)|permeabel]], so dass aus ihm kein Wasser gefördert werden kann, so kann dort ein künstlich eingebrachtes Wärmeträgermedium (Wasser oder auch [[Kohlenstoffdioxid|CO<sub>2</sub>]]) zwischen zwei tiefen Brunnen in einem künstlich erzeugten Risssystem zirkuliert werden: zunächst wird Wasser mit (mindestens einer) ''Injektions-'' bzw. ''Verpressbohrung'' in das Kluftsystem eingepresst unter einem Druck, welcher so weit über dem ''petrostatischen Druck'' liegen muss, dass die minimale [[Hauptspannung]] in der jeweiligen [[Teufe]]nlage überschritten wird, in das Gestein gepresst (''[[hydraulische Stimulation]]'' oder ''Fracking''); hierdurch werden Fließwege aufgebrochen oder vorhandene aufgeweitet und damit die Durchlässigkeit des Gesteins erhöht. Dieses Vorgehen ist notwendig, da sonst die Wärmeübertragungsfläche und die Durchgängigkeit zu gering wären. Anschließend bildet dieses System aus natürlichen und künstlichen Rissen einen unterirdischen, geothermischen [[Wärmeübertrager]]. Durch die zweite, die ''Produktions-'' oder ''Förderbohrung'', wird das Trägermedium wieder an die Oberfläche gefördert.
* [[Richard Cantillon]] (1680–1734)
* [[François Quesnay]] (1694–1774)
* [[Vincent de Gournay]] (1712–1759)
* [[Victor Riquetti]] (1715–1789)
* [[Pierre-Paul Le Mercier de La Rivière|Mercier de La Rivière]] (1719–1801)
* [[Pedro Rodríguez de Campomanes]] (1723–1802)
* [[Paul Boësnier de l'Orme]] (1724–1793)
* [[Pablo de Olavide]] (1725–1803)
* [[Anne Robert Jacques Turgot]] (1727–1781)
* [[Guillaume-François Le Trosne]] (1728–1780)
* [[Nicolas Baudeau]] (1730–1792)
* [[Johann August Schlettwein]] (1731–1802)
* [[Pierre Samuel du Pont de Nemours]] (1739–1817)
* [[Honoré Gabriel de Riqueti, comte de Mirabeau]] (1749–1791)


== Ökonomische Klassen ==
Tatsächlich ist die Annahme, bei diesen Temperaturen und Tiefen trockene Gesteinsformationen vorzufinden, nicht korrekt. Aus diesem Grund existieren auch verschiedene andere Bezeichnungen für dieses Verfahren: u.&nbsp;a. ''Hot-Wet-Rock'' (HWR), ''Hot-Fractured-Rock'' (HFR) oder ''Enhanced Geothermal System'' (EGS). Als neutrale Bezeichnung wird der Begriff ''petrothermale Systeme'' verwendet.<ref name="nzz-14395974">{{Internetquelle | autor=Ralf Ernst | url=https://www.nzz.ch/geothermie_australien-1.4395974 | titel=Tiefen-Geothermie in Down Under | werk=nzz.ch | datum=2009-12-29 |abruf=2020-05-10}}</ref>
Die Physiokraten unterscheiden vier ökonomische Klassen:


* die [[Landwirtschaft]], [[Landwirt|Bauern]] und Pächter, wurde zur einzig produktiven Klasse (classe productive) erklärt.
===== Tiefe Erdwärmesonden =====
* die [[Besitzlose]]n (classe passive),
{{Hauptartikel|Erdwärmesonde}}
* die [[Handwerk]]er, [[Händler]] (classe stérile) und
Eine tiefe Erdwärmesonde ist ein geschlossenes System zur Erdwärmegewinnung, bei dem im Vergleich zu „offenen“ Systemen vergleichsweise wenig Energie extrahiert wird. Die Sonden bestehen aus ''einer einzigen'' Bohrung mit teilweise deutlich mehr als 1000&nbsp;m Tiefe, in der ein Fluid zirkuliert, das in der Regel in einem [[koaxial]]en Rohr eingeschlossen ist. Im Ringraum der Bohrung fließt das kalte Wärmeträgerfluid nach unten, wird in der Tiefe erwärmt und steigt anschließend in der dünneren eingehängten [[Steigleitung]] wieder auf. Bei derartige Erdwärmesonden besteht kein Kontakt zum Grundwasser, damit fallen die Nachteile offener Systeme weg und sie sind damit an jedem Standort möglich. Ihre Entzugsleistung hängt neben technischen Parametern von den Gebirgstemperaturen und den Leitfähigkeiten des Gesteins ab. Sie wird jedoch nur einige hundert kW betragen und somit wesentlich kleiner sein als die eines vergleichbaren offenen Systems. Dies liegt daran, dass die Wärmeübertragungsfläche deutlich kleiner ist, da sie nur der Mantelfläche der Bohrung entspricht.
* die [[Grundeigentum|Grundeigentümer]] (classe proprietaire).


Die fundamentale These lautet, dass einzig und allein die Landwirtschaft einen Mehrwert, einen Überschuss produziere (bei den Merkantilisten wurde der [[Reichtum]] auf den Handel zurückgeführt).
Tiefe Erdwärmesonden wurden beispielsweise 2005 in [[Aachen]] ([[SuperC]] der [[RWTH Aachen]])<ref>[http://www.az-web.de/news/topnews-detail-az/1756900/Super-C-Tiefenwaerme-nicht-wirtschaftlich Super C: Tiefenwärme nicht wirtschaftlich] ([[Aachener Zeitung]], 18. Juli 2011)</ref> und [[Arnsberg]] (Freizeitbad ''Nass'') gebaut. Ende 2009 wurde in der Schweiz die Forschungsanlage Tiefen-EWS Oftringen<ref>[http://www.info-geothermie.ch/index.php?id=108 info-geothermie.ch].</ref> realisiert. Es handelt sich hierbei um eine 706&nbsp;m tiefe konventionelle Doppel-U-Sonde, welche 2009 / 2010 im Sinne einer Direktheizung (also ohne den Einsatz mit einer Wärmepumpe) getestet wurde.<ref>[http://www.info-geothermie.ch/fileadmin/user_upload/geo/Tiefen-EWS%20Oftringen_Abschlussbericht.pdf Tiefen-EWS Oftringen (706&nbsp;m)] (PDF; 3,8&nbsp;MB) Direktheizen mit einer 40-mm-2-Kreis PE-Tiefen-Erdwärmesonde.</ref>


Eine konkrete Forderung an die Politik war daher der Rückzug des Staates aus den wirtschaftlichen Angelegenheiten, von [[Vincent de Gournay]] 1751 in die berühmten Worte ''[[Laissez-faire]], [[laissez-passer]], le monde va de lui-même!'' gefasst.
Alternativ zur Zirkulation von Wasser (mit eventuellen Zusätzen) in der Erdwärmesonde sind auch Sonden mit Direktverdampfern (''Wärmerohre'' oder englisch ''[[Heatpipe]]s'') vorgeschlagen worden. Als Wärmeträgerfluid kann dabei entweder eine Flüssigkeit mit einem entsprechend niedrigen [[Siedepunkt]] verwendet werden, oder ein Gemisch beispielsweise aus Wasser und [[Ammoniak]]. Eine derartige Sonde kann auch unter Druck betrieben werden, was einen Betrieb beispielsweise mit [[Kohlendioxid]] möglich macht. Heatpipes können eine höhere Entzugsleistung erreichen als konventionelle Sonden, da sie auf ihrer gesamten Länge die Verdampfungstemperatur des Arbeitsmittels haben können.


== Wirtschaftspolitik ==
Bei tiefen Erdwärmestichsonden bis 3000&nbsp;m ist eine Isolierung bis zu einer Tiefe von etwa 1000&nbsp;m sinnvoll, um Verluste an Wärmeenergie beim Aufsteigen des Fluids durch kältere Gesteinsschichten zu verringern. Damit ist eine höhere Energieausbeute möglich oder es kann bei einer geringeren Bohrtiefe die gleiche Leistung mit wesentlich niedrigeren Kosten erzielt werden. Eine dauerhafte Möglichkeit zur Isolierung, die auch relativ einfach hergestellt werden kann, ist das mit Luftpolstern arbeitende [[Isolierkappensystem]].<ref>[http://patent-de.com/20071220/DE102006011166A1.html patent-de.com].</ref>
Die Physiokraten setzten gegen die [[Merkantilismus|merkantilistische]] Maxime, den Reichtum des absolutistischen Herrschers zu mehren, das Konzept der „natürlichen Ordnung“ (''ordre naturel''). Diese lasse sich mit Hilfe der Vernunft erkennen. Aufgabe der Regierung sei es, die tatsächliche politische Ordnung (''ordre positif'') an die natürliche Ordnung anzupassen und alle Gesetze abzuschaffen, die der natürlichen Ordnung widersprächen.<ref>Hans-Werner Holub: ''Eine Einführung in die Geschichte des ökonomischen Denkens.'' 5 Bände. Lit, Wien u.&nbsp;a. 2005–2011.</ref>


Konkrete Forderungen dazu waren:
=== Oberflächennahe Geothermie ===
Oberflächennahe Geothermie bezeichnet die Nutzung der Erdwärme bis ca. 400&nbsp;m Tiefe.


* [[Freihandel]] mit allen Staaten
Aus geologischer Sicht ist jedes Grundstück für eine Erdwärmenutzung geeignet. Jedoch müssen wirtschaftliche, technische und rechtliche Aspekte beachtet werden.
* Aufhebung von zu hohen [[Zoll (Abgabe)|Zöllen]] und [[Steuer]]n
* Abschaffung von [[Staatsmonopol|staatlichen Monopolen]] und [[Handelshemmnis|Handelsprivilegien]]
* Abschaffung der unbezahlten [[Zwangsarbeit]] der Bauern
* nur zwei Steuern, und zwar 1/3 auf die Reinerträge und 1/3 auf den Pachtzins der produktiven Klasse an die Klasse der Grundbesitzer
* staatliche [[Garantie]] des [[Privateigentum]]s
* Auflösung der [[Zunft|Zünfte]] und [[Gilde (Kaufleute)|Gilden]], damit Zugang zur Arbeit nach Eignung


Auf die Wirtschaftspolitik des absolutistischen Frankreich hatten die Physiokraten zwar keinen großen Einfluss, dafür aber auf die späteren Theorien von [[Adam Smith]], der während eines Aufenthalts in Paris 1764–1766 Kontakt zu den Physiokraten hatte.
Der erforderliche [[Erdwärmeübertrager]] muss für jedes Gebäude passend dimensioniert werden. Er hängt von dem benötigten Bedarf an [[Wärmemenge]], [[Wärmeleitfähigkeit]] und [[Grundwasser]]führung des Untergrundes ab.


Da der Nationalökonom [[Johann August Schlettwein]] den Markgrafen [[Karl Friedrich (Baden)|Karl-Friedrich]] von diesem System überzeugt haben soll, wurde zwischen 1770 und 1801 in der [[Markgrafschaft Baden]] in drei Musterdörfern der weltweit einzig bekannte Versuch der Einführung dieser Wirtschaftstheorie unternommen, nämlich in [[Dietlingen (Keltern)|Dietlingen]], [[Bahlingen am Kaiserstuhl|Bahlingen]] und [[Teningen]].
Die Kosten einer Anlage richten sich nach der erforderlichen Größe der Anlage (beispielsweise Erdsondenmeter). Diese errechnen sich aus dem Energiebedarf des Hauses und den geologischen Untergrundverhältnissen.


In Dietlingen begann der Versuch 1770 und wurde nach einer Modifikation (1795) im Jahre 1801 definitiv abgebrochen. In Bahlingen und Teningen (am Kaiserstuhl) begann der Versuch, bei dem unter anderem dort die sogenannte Einsteuer (''impôt unique'') eingeführt wurde, im Jahre 1771, er wurde schon 1776 wieder beendet.<ref>Hans-Werner Holub: ''Eine Einführung in die Geschichte des ökonomischen Denkens.'' Band 3: ''Physiokraten und Klassiker'' (= ''Einführungen. Wirtschaft'' 7). Lit, Wien 2006, ISBN 3-8258-9230-1, 92 ff. ({{Google Buch | BuchID=yN3IqB_P6ikC | Seite=92 | Linktext=Vorschau | Hervorhebung="Teningen Physiokratie"}})</ref>
Eine Erdwärmenutzung muss der Wasserbehörde angezeigt werden. Bei grundstücksübergreifender Erdwärmenutzung und bei Bohrtiefen von über 100&nbsp;m (je nach [Bundesland]) muss das Berg- und Lagerstättenrecht beachtet werden.


Für [[Karl Marx]] lag eine starke Ironie darin, dass die erste bürgerliche ökonomische Theorie im Gewand des Feudalismus auftrat:<ref>Karl Marx: ''Theorien über den Mehrwert'' (= Karl Marx, Friedrich Engels: ''Werke''. Bd. 26, Teilbd. 1). 7. Auflage, unveränderter Nachdruck. Dietz, Berlin 2000, ISBN 3-320-00229-5, S. 20.</ref> Die erste Bedingung des Kapitalismus, die Trennung von Arbeit und Kapital, wird als Naturgesetz dargestellt; aber der Kapitalist erscheint in der Gestalt des Grundbesitzers; der Kapitalist als ein unproduktiver Konsument. Diese Verwirrung war indes der Anlass, dass vor allem das Grundeigentum besteuert wurde. Damit war die Industrie steuerlich privilegiert, blieb von staatlichen Interventionen weitgehend frei und in erster Linie dem Wettbewerb überlassen. Der feudalistische Schein war demnach der Entwicklung des Kapitalismus durchaus förderlich.
Die Nutzung der Erdwärme erfolgt mittels [[Erdwärmekollektor]]en, [[Erdwärmesonde]]n, [[Energiepfahl|Energiepfählen]] (im Boden verbaute armierte Betonstützen mit Kunststoffrohren für Wärmetausch) oder [[Wärmebrunnen]]anlage (gespeicherte Sonnenwärme im Erdreich).


== Heutiger Gebrauch des Wortes ==
Der Erdwärmetransport erfolgt über Rohrleitungssysteme mit einer zirkulierenden Flüssigkeit, welches in der Regel mit einer Wärmepumpe verbunden ist. Das beschriebene System kann auch kostengünstig (ohne Wärmepumpe) zur Kühlung genutzt werden.
In der Diskussion um die Grenzen des [[Wirtschaftswachstum]]s wird heute der Begriff „Physiokrat“ abwertend verwendet. Physiokraten wird der „Pessimismus“ eines [[Thomas Robert Malthus]] vorgeworfen, der vorwiegend für das [[Bevölkerungswachstum]] physikalische Grenzen sah. Heute werden Physiokraten kritisiert, weil sie nicht die Möglichkeiten sähen, dass [[qualitatives Wachstum]] und immaterielles Wachstum (z.&nbsp;B. durch eine Verlagerung des Wachstums vom industriellen [[Wirtschaftssektor|Sektor]] in den [[Dienstleistung]]s- und Informationsbereich) die Grenzen eines physikalischen Wachstums in einer „gewichtslosen Welt“ überwinden könnten.<ref>[[Diane Coyle]]: ''The Weightless World. Thriving in the Digital Age'', Capstone, Oxford 1999, ISBN 1-84112-017-0.</ref> In der Vergangenheit ging immaterielles Wachstum mit materiellem Wachstum einher, ersteres organisierte letzteres: Innerhalb kurzer Zeit vervielfachte sich dabei der Energieumsatz pro Kopf der menschlichen Bevölkerung um Größenordnungen in einer Weise, für die es kein geschichtliches Beispiel gibt. In der Moderne wird Landwirtschaft, der Ausgangspunkt der Physiokratie, aber zunehmend auch ein Element der Energiewirtschaft. Der Hoffnung auf immaterielles Wachstum stehen heute Entwicklungen gegenüber, die das Konzept der Physiokratie hervorgebracht hatten. Eine positive Bewertung der Physiokraten unter dem Aspekt der Erhaltung der Naturgrundlagen des Wirtschaftens gibt dagegen z.&nbsp;B. Immler (1985).
 
=== Geothermie aus Tunneln ===
Zur Gewinnung thermischer Energie aus Tunnelbauwerken wird auch austretendes [[Tunnelwasser]] genutzt, welches ansonsten aus Umweltschutzgründen in Abkühlbecken zwischengespeichert werden müsste, bevor es in örtliche Gewässer abgeleitet werden darf. Die erste solche bekannte Anlage wurde 1979 in der [[Schweiz]] beim Südportal des [[Gotthard-Strassentunnel|Gotthard-Straßentunnels]] in Betrieb genommen. Sie versorgt den Autobahnwerkhof von [[Airolo]] mit Wärme und Kälte. Weitere Anlagen sind zwischenzeitlich dazugekommen, welche vor allem Warmwasser aus [[Eisenbahntunnel|Bahntunneln]] nutzen. <!-- Die nachfolgenden Sätze sind nicht mehr zeitgemäss. Die Bauarbeiten sind wohl erledigt. -->Beim Nordportal des im Bau befindlichen [[Gotthard-Basistunnel]]s tritt bereits heute Tunnelwasser mit Temperaturen zwischen 30 und 34&nbsp;°C aus. Es soll bald in einem [[Fernwärme]]netz genutzt werden. Das Tunnelwasser des neuen [[Lötschberg-Basistunnel|Lötschberg-Bahntunnels]] wird für eine [[Störe|Störzucht]] und für ein [[Tropenhaus]] verwendet.<ref name="nzz-160916">{{Internetquelle | autor= | url=https://www.nzz.ch/articleEGYXW-1.60916 | titel=Stör als Frutigtaler Qualitätsprodukt | werk=nzz.ch | datum=2006-09-16 |abruf=2020-05-10}}</ref>
 
In [[Österreich]] wurde ein Verfahren entwickelt, um die Wärme aus Tunneln mittels eines Transportmediums zu nutzen, welches in eingemauerten [[Erdwärmekollektor|Kollektoren]] zirkuliert. Für [[Spritzbetonbauweise|konventionell vorgetriebene]] Tunnel wurde das Prinzip unter dem Namen [[TunnelThermie]] bekannt. Durch die großen, erdberührten Flächen stellt diese relativ junge Technologie ein hohes Nutzungspotenzial besonders in innerstädtischen Tunnelbauwerken dar.
 
In [[Deutschland]] wurde ein Verfahren entwickelt, um Geothermie auch in [[Schildvortrieb|maschinell vorgetriebenen]] Tunneln zu nutzen. Dazu sind [[Erdwärmekollektor|Kollektoren]] in Betonfertigteile (sog. [[Tübbing]]e), die die Schale eines Tunnels bilden, eingebaut ([[Energietübbing]] genannt). Da innerstädtische Tunnel in schwierigen geologischen Verhältnissen häufig im [[Schildvortrieb]] aufgefahren werden, bietet der Energietübbing die Möglichkeit, auch entlang dieser Strecken das geothermische Potenzial des Erdreichs zu nutzen.<ref>jenbach.at: [http://www.jenbach.at/gemeindeamt/download/220621968_1.pdf ''Geothermisches Tunnelkraftwerk Jenbach''] (PDF; 521&nbsp;kB).</ref>
 
=== Geothermie aus Bergbauanlagen ===
[[Bergwerk]]e und ausgeförderte [[Erdgaslagerstätten]], die wegen der Erschöpfung der Vorräte stillgelegt werden, sind denkbare Projekte für Tiefengeothermie. Dies gilt eingeschränkt auch für tiefe Tunnelbauwerke. Die dortigen Formationswasser sind je nach Tiefe der Lagerstätte 60 bis 120&nbsp;°C heiß, die Bohrungen oder Schächte sind oft noch vorhanden und könnten nachgenutzt werden, um die warmen Lagerstättenwässer einer geothermischen Nutzung zuzuführen.
 
Derartige Anlagen zur Gewinnung der geothermischen Energie müssen so in die Einrichtungen zur Verwahrung des Bergwerks integriert werden, dass die öffentlich rechtlich normierten Verwahrungsziele, das stillgelegte Bergwerk (§&nbsp;55 Absatz 2 Bundesberggesetz und §&nbsp;69 Abs.&nbsp;2 Bundesberggesetz) gefahrenfrei zu halten, auch mit den zusätzlichen Einrichtungen erfüllt werden.
 
In [[Heerlen]], [[Czeladź]], [[Zagorje ob Savi]], [[Burgas]], [[Nowoschachtinsk]] in Russland und [[Hunosa]] bei [[Oviedo]] befinden sich Pilotanlagen.<ref>{{Webarchiv|text=Overview minewater projects in REMINING-lowex |url=http://www.resource-ce.eu/uploads/Geothermie%20in%20Europa%20Ubersicht%20-%20Remining%20LOWEX%2031.08.2012%20-%20Herr%20Debes.pdf |wayback=20140715031606 }}</ref>
 
=== Saisonale Wärmespeicher ===
Geothermie steht immer, also unabhängig von der Tages- und Jahreszeit und auch unabhängig vom Wetter zur Verfügung. Optimal wird eine Anlage, in der das oberflächennahe Temperaturniveau genutzt werden soll, dann arbeiten, wenn sie auch [[zeithomogen]] genutzt wird. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn im Winter mit Hilfe einer Wärmepumpe das oberflächennahe Temperaturniveau von ca. 10&nbsp;°C zum Heizen genutzt wird und sich dabei entsprechend absenkt und im Sommer dann dieses Reservoir zur direkten Kühlung benutzt wird. Beim Kühlen im Sommer ergibt sich dabei eine Erwärmung des oberflächennahen Reservoirs und damit dessen teilweise oder vollständige Regeneration. Im Idealfall sind beide Energiemengen gleich. Der Energieverbrauch des Systems besteht dann im Wesentlichen aus der Antriebsleistung für die Wärme- bzw. Umwälzpumpe.
 
Verstärkt wird diese Funktion, wenn Geothermie mit anderen Anlagen beispielsweise [[Solarthermie]] kombiniert wird. Solarthermie stellt Wärme vorwiegend im Sommer zur Verfügung, wenn sie weniger gebraucht wird. Durch Kombination mit Geothermie lässt sich diese Energie im Sommer in den unterirdischen [[Wärmespeicher]] einspeisen und im Winter wieder abrufen. Die Verluste sind standortabhängig, aber in der Regel gering.
 
[[Saisonalspeicher]] können sowohl oberflächennah, als auch tief ausgeführt werden. Sogenannte Hochtemperatur-Speicher (>&nbsp;50&nbsp;°C) sind allerdings nur in größerer Tiefe oder mit entsprechender Dämmung denkbar. Beispielsweise verfügt das [[Reichstagsgebäude]] über einen derartigen Speicher.
 
== Nutzung von Erdwärme ==
Die Geothermie ist global gesehen eine langfristig nutzbare Energiequelle. Mit den Vorräten, die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeichert sind, könnte im Prinzip rechnerisch und theoretisch der derzeitige [[Weltenergiebedarf|weltweite Energiebedarf]] für über 100.000 Jahre gedeckt werden. Allerdings ist nur ein kleiner Teil dieser Energie technisch nutzbar und die Auswirkungen auf die Erdkruste bei umfangreichem Wärmeabbau sind noch unklar.
 
Bei der Nutzung der Geothermie unterscheidet man zwischen ''direkter Nutzung'', also der Nutzung der Wärme selbst, und ''indirekter Nutzung'', der Nutzung nach Umwandlung in Strom in einem Geothermiekraftwerk. Mit Einschränkungen sind zur Optimierung der Wirkungsgrade auch hier [[Kraft-Wärme-Kopplung]]en (KWK) möglich. Vor allem in dünn besiedelten Gegenden bzw. an weit von Siedlungen mit Wärmebedarf entfernten Kraftwerksstandorten lassen sich nur schwer KWK-Prozesse realisieren. Nicht an jedem Kraftwerksstandort werden sich Abnehmer für die Wärme finden lassen.
 
=== Direkte Nutzung ===
{| class="wikitable float-center" style="text-align:right"
|+ erforderliches Temperaturniveau für verschiedene Nutzungen, [[Lindal-Diagramm]]
|- class="hintergrundfarbe6"
!                          Nutzungsart                                                      || Temperatur
|-
| style="text-align:left" | Einkochen und Verdampfen,<br />Meerwasserentsalzung              ||    120&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Trocknung von Zementplatten                                      ||    110&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Trocknung von organischem Material<br />wie Heu, Gemüse, Wolle  ||    100&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Lufttrocknung von Stockfisch                                    ||      90&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Heizwassertemperatur zur<br />Raumheizung (klassisch)            ||      80&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Kühlung                                                          ||      70&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Tierzucht                                                        ||      60&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Pilzzucht, Balneologie,<br />Gebrauchtwarmwasser                ||      50&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Fußbodenheizung                                                  ||      40&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Schwimmbäder, Eisfreihaltung,<br />Biologische Zerlegung, Gärung ||      30&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Fischzucht                                                      ||      20&nbsp;°C
|-
| style="text-align:left" | Natürliche Kühlung                                              ||    < 10&nbsp;°C
|}
Frühe [[Balneologie|balneologische]] Anwendungen finden sich in den [[Römisches Bad|Bädern des Römischen Reiches]], im mittleren Königreich der Chinesen und bei den Osmanen.
 
In [[Chaudes-Aigues]] im Zentrum Frankreichs existiert das erste historische geothermische Fernwärmenetz, dessen Anfänge bis ins 14. Jahrhundert zurückreichen.
 
Heute existieren vielfältige Nutzungen für Wärmeenergie in Industrie, Handwerk und in Wohngebäuden.
 
=== Heizen und Kühlen mit Erdwärme ===
Für die meisten Anwendungen werden nur relativ niedrige Temperaturen benötigt. Aus ''tiefer Geothermie'' können häufig die benötigten Temperaturen direkt zur Verfügung gestellt werden. Reicht dies nicht, so kann die Temperatur durch [[Wärmepumpe]]n angehoben werden, so wie dies meist bei der ''oberflächennahen Geothermie'' geschieht.
 
In Verbindung mit Wärmepumpen wird Erdwärme in der Regel zum Heizen und Kühlen von Gebäuden sowie zur Warmwasserbereitung eingesetzt. Dies kann direkt über in einzelnen Gebäuden installierte [[Wärmepumpenheizung]]en erfolgen oder indirekt über [[Kalte Nahwärme]]systeme, bei denen die geothermische Quelle das Kaltwärmenetz speist, das wiederum die einzelnen Gebäude versorgt.
 
Eine weitere Nutzungsmöglichkeit ist die ''natürliche Kühlung'', bei der Wasser mit der Temperatur des flachen Untergrundes, also der Jahresmitteltemperatur des Standortes, direkt zur Gebäudekühlung verwendet wird (ohne den Einsatz einer Wärmepumpe). Diese natürliche Kühlung hat das Potential, weltweit Millionen von elektrisch betriebenen Klimageräten zu ersetzen. Sie wird jedoch derzeit nur wenig angewendet. Im November 2017 ist in Bremen das Rechenzentrum ColocationIX-Data-Center in Betrieb gegangen,<ref>[https://www.colocationix.de/%C3%BCber-uns/news/martin-guenthner-eroeffnet-neues-rechenzentrum/ Über die Eröffnung des Rechenzentrums] bei colocationix.de.</ref> das während der Sommermonate die Kühlung über die Erdwärme bezieht.
 
Ebenfalls eine direkte Anwendung ist das ''Eisfreihalten'' von Brücken, Straßen oder Flughäfen. Auch hier wird keine Wärmepumpe benötigt, denn der Speicher wird durch Abführung und Einspeicherung der Wärme mit einer Umwälzpumpe von der heißen Fahrbahn im Sommer regeneriert. Dazu zählt auch das frostfreie Verlegen von Wasserleitungen. Die im Boden enthaltene Wärme lässt den Boden in Mitteleuropa im Winter nur bis in eine geringe Tiefe einfrieren.
 
Für die Wärmenutzung aus ''tiefer Geothermie'' eignen sich niedrigthermale Tiefengewässer mit Temperaturen zwischen 40 und 150&nbsp;°C, wie sie vor allem im süddeutschen [[Molassebecken]], im Oberrheingraben und in Teilen der norddeutschen Tiefebene vorkommen. Das Thermalwasser wird gewöhnlich aus 1000 bis 4500 Metern Tiefe über eine Förderbohrung an die Oberfläche gebracht, gibt den wesentlichen Teil seiner Wärmeenergie per Wärmeübertrager an einen zweiten, den „sekundären“ Heiznetzkreislauf ab. Ausgekühlt wird es anschließend über eine zweite Bohrung wieder mit einer Pumpe in den Untergrund verpresst, und zwar in die Schicht, aus der es entnommen wurde.
 
=== Stromerzeugung ===
{| class="wikitable float-center" style="text-align:right"
|+ Direkte Nutzung der Erdwärme weltweit<br /><small>(Stand: 2010, Quelle: Literatur/Statistik, 7.)</small>
|- class="hintergrundfarbe6"
!                          Nutzungsart                    || Energie<br />[TJ/a] || Leistungsabgabe<br />Kapazität<br />[MW]
|-
| style="text-align:left" | Wärmepumpen                    ||            214.236 ||                                  35.236
|-
| style="text-align:left" | Schwimmbäder                    ||            109.032 ||                                    6.689
|-
| style="text-align:left" | Raumheizung/<br />Fernwärme    ||              62.984 ||                                    5.391
|-
| style="text-align:left" | Gewächshäuser                  ||              23.264 ||                                    1.544
|-
| style="text-align:left" | Industrie                      ||              11.746 ||                                      533
|-
| style="text-align:left" | Aquakulturen                    ||              11.521 ||                                      653
|-
| style="text-align:left" | Trocknung<br />(Landwirtschaft) ||              1.662 ||                                      127
|-
| style="text-align:left" | Kühlen, Schnee-<br />schmelzen  ||              2.126 ||                                      368
|-
| style="text-align:left" | Andere Nutzung                  ||                956 ||                                      41
|- style="font-weight:bold"
| style="text-align:left" | Total                          || 438.077 || 50.583
|}
 
Die Stromerzeugung funktioniert nach dem Prinzip der [[Wärmekraftmaschine]]n und ist durch die Temperaturdifferenz begrenzt. Deswegen haben geothermische Kraftwerke verglichen mit Verbrennungskraftwerken einen niedrigen [[Carnot-Faktor]],<ref name="books-h2igBwAAQBAJ-141">''Erneuerbare Energien.'' Springer-Verlag, 2013, ISBN 3322921824 S.&nbsp;141 ({{Google Buch |BuchID=h2igBwAAQBAJ |Seite=141}}).</ref> die Geothermie ist aber an einigen Orten als Energiequelle nahezu unerschöpflich verfügbar.<ref name="SPON-505863">{{Internetquelle|autor=Richard E. Schneider |url=https://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/geothermie-kraftwerke-oeko-strom-und-waerme-aus-der-tiefe-a-505863.html |titel=Geothermie-Kraftwerke: Öko-Strom und Wärme aus der Tiefe |werk=[[Spiegel Online]] |datum=2007-09-17 |abruf=2020-05-10}}</ref>
 
Zur Stromerzeugung wurde die Geothermie zum ersten Mal in [[Larderello]] in der Toskana eingesetzt. 1913 wurde dort von Graf [[Piero Ginori Conti]] ein Kraftwerk erbaut, in dem wasserdampfbetriebene Turbinen 220&nbsp;kW elektrische Leistung erzeugten. Heute sind dort ca. 750&nbsp;MW elektrische Leistung installiert. Unter der Toskana befindet sich Magma relativ dicht unter der Oberfläche. Dieses heiße Magma erhöht hier die Temperatur des Erdreiches so weit, dass eine wirtschaftliche Nutzung der Erdwärme möglich ist.
 
Bei der hydrothermalen Stromerzeugung sind Wassertemperaturen von mindestens 80&nbsp;°C notwendig. Hydrothermale [[Heißdampf|Heiß-]] und [[Trockendampf]]vorkommen mit Temperaturen über 150&nbsp;°C können direkt zum Antrieb einer Turbine genutzt werden, diese kommen in Deutschland jedoch nicht vor.
 
[[Datei:Geothermie verfahren.png|mini|links|Hydrothermale Stromerzeugung: Der durch die Sonde unterirdisch entnommene Dampf treibt Turbine und Generator an, kondensiert im [[Kühlturm]] und wird als flüssiges Waaser zurück unter die Erde gebracht, wo er erneut verdampft.]]
Lange Zeit wurde Thermalwasser daher ausschließlich zur Wärmeversorgung im Gebäudebereich genutzt. Neu entwickelte [[Organic Rankine Cycle|Organic-Rankine-Cycle]]-Anlagen (ORC) ermöglichen eine Nutzung von Temperaturen ab 80&nbsp;°C zur Stromerzeugung. Diese arbeiten mit einem organischen Medium (beispielsweise [[Pentane|Pentan]]), das bei relativ geringen Temperaturen verdampft.<ref>{{Webarchiv | url=http://www.gmk.info/ORC_Geothermie.113.html | wayback=20120506215827 | text= gmk.info}}, archiviert 6. Mai 2014</ref> Dieser organische Dampf treibt über eine Turbine den Stromgenerator an. Die für den Kreisprozess eingesetzten Fluide sind teilweise entzündlich oder giftig. Vorschriften zum Umgang mit diesen Stoffen müssen eingehalten werden. Eine Alternative zum ORC-Verfahren ist das [[Kalina-Prozess|Kalina-Verfahren]]. Hier werden [[Zweistoffgemisch]]e, so zum Beispiel aus [[Ammoniak]] und Wasser, als Arbeitsmittel verwendet.
 
Für Anlagen in einem kleineren Leistungsbereich (<&nbsp;200&nbsp;kW) sind auch motorische Antriebe wie [[Stirlingmotor]]en denkbar.
 
Stromgewinnung aus Tiefengeothermie ist [[Grundlastfähigkeit|grundlastfähig]] und steuerbar, in existierenden Anlagen werden oft mehr als 8000 Betriebsstunden pro Jahr erreicht.
 
==== Stromerzeugung über Hochenthalpielagerstätten ====
Die Stromerzeugung aus Geothermie findet traditionell in Ländern statt, die über [[Enthalpie|Hochenthalpielagerstätten]] verfügen, in denen Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius in vergleichsweise geringen Tiefen (<&nbsp;2000&nbsp;m) angetroffen werden. Die Lagerstätten können dabei, je nach Druck und Temperatur, wasser- oder dampfdominiert sein. Bei modernen Förderungstechniken werden die ausgekühlten Fluide reinjiziert, so dass praktisch keine negativen Umweltauswirkungen, wie Schwefelverbindungsgeruch, mehr auftreten.
 
==== Stromerzeugung über Niederenthalpielagerstätten ====
In [[Enthalpie|Niederenthalpielagerstätten]], wie sie in Deutschland meist angetroffen werden, ist wegen der geringen Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf der maximal mögliche energetische [[Carnotprozess#Der Wirkungsgrad|Wirkungsgrad]] systembedingt niedriger als in Hochenthalpielagerstätten.
 
Durch optimale Wahl des Arbeitsmittels (beispielsweise [[Kalina-Kreisprozess|Kalinaprozess]] mit Ammoniak) versucht man den Abstand zwischen Vor- und Rücklauftemperatur effizienter zu nutzen. Dabei ist aber zu beachten, dass die Sicherheitsanforderungen für den Umgang mit [[Ammoniak]] anders sein können als bei der Nutzung verschiedener organischer Arbeitsmittel.
 
Der Eigenstromverbrauch, insbesondere zur Speisung der Umwälzpumpen im Thermalwasserkreislauf, in solchen Anlagen kann bis zu 25 Prozent der erzeugten Strommenge<ref name="taz-5150605">{{Internetquelle | url=https://taz.de/!5150605/ | titel=Strom und Wärme aus der Erde: Geothermie gerät unter Druck | autor=[[Bernward Janzing]] | werk=[[Die Tageszeitung|taz.de]] | datum=2009-12-21 | abruf=2020-05-10}}</ref> betragen.
 
== Geothermie weltweit ==
Geothermie ist eine bedeutende erneuerbare Energie. Einen besonderen Beitrag zu ihrer Nutzung leisten hierbei die Länder, die über Hochenthalpielagerstätten verfügen. Dort kann der Anteil der Geothermie an der Gesamtenergieversorgung des Landes erheblich sein, zum Beispiel [[Geothermale Energie in Island]].
 
=== Direkte Nutzung ===
{| class="wikitable float-center" style="text-align:right"
|- class="hintergrundfarbe6"
!                        | Land      || Energieumsatz<br />pro Jahr || Leistungsabgabe<br />Jahresmittelwert
|-
| style="text-align:left" | China      ||                  45.373 TJ ||                              1,44 GW
|-
| style="text-align:left" | Schweden  ||                  36.000 TJ ||                              1,14 GW
|-
| style="text-align:left" | USA        ||                  31.239 TJ ||                              0,99 GW
|-
| style="text-align:left" | Island    ||                  23.813 TJ ||                              0,76 GW
|-
| style="text-align:left" | Türkei    ||                  19.623 TJ ||                              0,62 GW
|-
| style="text-align:left" | Ungarn    ||                    7.940 TJ ||                              0,25 GW
|-
| style="text-align:left" | Italien    ||                    7.554 TJ ||                              0,24 GW
|-
| style="text-align:left" | Neuseeland ||                    7.086 TJ ||                              0,22 GW
|-
| style="text-align:left" | Brasilien  ||                    6.622 TJ ||                              0,21 GW
|-
| style="text-align:left" | Georgien  ||                    6.307 TJ ||                              0,20 GW
|-
| style="text-align:left" | Russland  ||                    6.243 TJ ||                              0,20 GW
|-
| style="text-align:left" | Frankreich ||                    5.196 TJ ||                              0,16 GW
|-
| style="text-align:left" | Japan      ||                    5.161 TJ ||                              0,16 GW
|- class="hintergrundfarbe6"
| style="text-align:left" | Summe      ||                  208.157 TJ ||                              6,60 GW
|-
|colspan="3" style="text-align:center" | Quelle: Schellschmidt 2005<ref>R. Schellschmidt u.&nbsp;a.: Geothermal energy use in Germany. World Geothermal Congress, Antalya 2005 ([http://b-dig.iie.org.mx/BibDig/P10-0464/pdf/0152.pdf PDF]{{Toter Link|date=2018-03 |archivebot=2018-03-25 12:48:21 InternetArchiveBot |url=http://b-dig.iie.org.mx/BibDig/P10-0464/pdf/0152.pdf }}).</ref>
|}
 
Im Jahr 2005 waren zur direkten Nutzung von Geothermie weltweit Anlagen mit einer Leistung von 27.842&nbsp;MW installiert. Diese können Energie in der Größenordnung von 261.418&nbsp;TJ/a (72.616&nbsp;GWh/a) liefern, das entspricht einer mittleren Leistungsabgabe von 8,29&nbsp;GW oder 0,061 % des [[Primärenergieverbrauch]]s der Welt. Bei einer Weltbevölkerung 2005 von 6,465 Mrd. Menschen entfallen daraus rechnerisch 1,28 Watt auf jeden Menschen (der durchschnittlich aber insgesamt 2.100 Watt Primärenergie verbraucht). Der [[Ausnutzungsgrad]] der installierten Leistung beträgt also etwa 30 % (diese Kennzahl ist wichtig für die überschlägige Kalkulation der Wirtschaftlichkeit von geplanten Anlagen, sie wird allerdings weitgehend durch die Verbraucherstruktur und weniger durch die Erzeuger, also die Wärmequelle bestimmt).
 
Länder mit Energieumsätzen größer als 5000&nbsp;TJ/a zeigt die Tabelle.
 
Besonders hervorzuheben sind Schweden und Island. Schweden ist geologisch eher benachteiligt, hat aber durch eine konsequente Politik und Öffentlichkeitsarbeit diesen hohen Anteil bei der Nutzung erneuerbarer Energien vorwiegend zum Heizen (Wärmepumpenheizung) erreicht.
 
Auch in Island hat die Nutzung dieser Energie einen beträchtlichen Anteil an der Energieversorgung des Landes (ca. 53 %), vgl. [[Geothermale Energie in Island]]. Es ist inzwischen weltweit Vorreiter auf diesem Gebiet.
 
Das 1981 in Betrieb genommene und laufend erweiterte geothermische Kraftwerk Olkaria (121&nbsp;MW, Potential 2&nbsp;GW) im afrikanischen [[Rift Valley (Kenia)|Rift Valley]] deckt mittlerweile 14 % des landesweiten Strombedarfs von [[Kenia]]. Die Erfolge dabei führten zu Geothermie-Projekten in [[Eritrea]], [[Uganda]], [[Tansania]] oder [[Äthiopien]], die ebenfalls entlang des [[Großer Afrikanischer Grabenbruch|Ostafrikanischen Grabenbruchs]] liegen.<ref>[http://www.energyprofi.com/jo/geothermie-laender-j-bis-s.html energyprofi.com], abgerufen am 20. Oktober 2011.</ref>
 
Im [[Naher Osten|Nahen Osten]] wird in den [[Vereinigte Arabische Emirate|Vereinigten Arabischen Emiraten]] das erste Geothermie-Projekt realisiert. Es soll zur Versorgung der Ökostadt [[Masdar]] mit Energie zur Kühlzwecken dienen. Zunächst wurden zwei Probebohrungen in Tiefen von 2800&nbsp;m und 4500&nbsp;m gestartet.<ref>[http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2010/03/masdar-starts-geothermal-drilling Masdar Starts Geothermal Drilling (in Englisch)] Artikel auf RenewableEnergyWorld.com vom 24. März 2010.</ref>
 
=== Stromerzeugung ===
Stromerzeugung aus Geothermie konzentriert sich traditionell auf Länder, die über oberflächennahe Hochenthalpie-Lagerstätten verfügen (meist Vulkan- oder [[Hot Spot (Geologie)|Hot-Spot-Gebiete]]). In Ländern, die dies – wie zum Beispiel Deutschland – nicht haben, muss der Strom mit einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau (Niederenthalpielagerstätte mit etwa 100–150&nbsp;°C) erzeugt werden, oder es ist entsprechend tiefer zu bohren.
 
Weltweit ist geradezu ein Boom bei der Nutzung von Geothermie zur Stromerzeugung eingetreten. Die zum Ende des ersten Quartals 2010 installierte Leistung betrug 10.715&nbsp;MW. Damit wird in den weltweit 526 geothermischen Kraftwerken <!-- Zahlenformat ungültig; vorgefunden: „56&nbsp;67.246“ (was soll das sein?) bitte checken -->56&nbsp;67.246&nbsp;GWh/a grundlastfähige, elektrische Energie bereitgestellt.
 
In den letzten fünf Jahren wurde die Stromerzeugung stark ausgebaut. Auf einige Länder bezogen ergeben sich die in der linken Tabelle angegebenen Zuwächse für den Zeitraum 2005–2010.
 
{| class="wikitable float-center"
|- class="hintergrundfarbe6"
! Land (Auswahl) ||              | 2005–2010 neu installierte<br />elektrischeLeistung<br />MW<sub>e</sub>
|-
| USA            || align="right" |                                                                    529
|-
| Indonesien    || align="right" |                                                                    400
|-
| Island        || align="right" |                                                                    373
|-
| Neuseeland    || align="right" |                                                                    193
|-
| Türkei        || align="right" |                                                                      62
|-
| El Salvador    || align="right" |                                                                      53
|-
| Italien        || align="right" |                                                                      52
|-
| Kenia          || align="right" |                                                                      38
|-
| Guatemala      || align="right" |                                                                      19
|-
| Deutschland    || align="right" |                                                                      6
|-
|colspan="3" align="center" | <small>(Quelle:)<ref>J. Bertani: ''Geothermal Power Generation in the world – 2005–2010 Update Report''. Proceedings of the World Geothermal Congress 2010.</ref></small>
|}
 
Rechte Tabelle – Länder mit einem bedeutsamen Anteil der Geothermie an der Gesamtversorgung (Stand 2005):
{| class="wikitable float-center" style="text-align:right"
|- class="hintergrundfarbe6"
!                          | Land              || Anteil an der<br />Stromerzeugung<br />in % || Anteil am<br />Wärmemarkt<br />in %
|-
| style="text-align:left"  | Tibet            ||                                        30  ||                                  30
|-
| style="text-align:left"  | San Miguel Island ||                                        25  ||                          keine Angabe
|-
| style="text-align:left"  | El Salvador      ||                                        14  ||                                  24
|-
| style="text-align:left"  | Island            ||                                        19,1 ||                                    90
|-
| style="text-align:left"  | Philippinen      ||                                        12,7 ||                                  19,1
|-
| style="text-align:left"  | Nicaragua        ||                                        11,2 ||                                    9,8
|-
| style="text-align:left"  | Kenia            ||                                        11,2 ||                                  19,2
|-
| style="text-align:left"  | Lihir Island      ||                                        10,9 ||                          keine Angabe
|-
| style="text-align:left"  | Guadeloupe        ||                                          9  ||                                    9
|-
| style="text-align:left"  | Costa Rica        ||                                          8,4 ||                                  15
|-
| style="text-align:left"  | Neuseeland        ||                                          5,5 ||                                    7,1
|-
|colspan="3" align="center" | <small>(Quelle:)<ref>J. Lund: ''Ground Heat – worldwide utilization of geothermal energy''. Renewable Energy World, 2005.</ref></small>
|}
 
Niederenthalpie-Lagerstätten werden bisher weltweit wenig genutzt. Zukünftig könnten sie an Bedeutung gewinnen, da diese Nutzung weiter verbreitet möglich ist und nicht spezielle geothermische Bedingungen mit überdurchschnittlich hohen geothermischen Gradienten voraussetzt. Im November 2003 wurde das erste derartige Kraftwerk Deutschlands, das [[Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe]], mit 0,23&nbsp;Megawatt Leistung in Betrieb genommen. Im Jahr 2007 folgte mit der 3-Megawatt Anlage des [[Geothermiekraftwerk Landau|Geothermiekraftwerkes Landau]] die erste industrielle Installation.
 
In [[Australien]] wird in Cooperbecken das erste rein wirtschaftliche Geothermiekraftwerk auf der Basis HFR ''(Hot Fractured Rock)'' erstellt. Bisher sind zwei Bohrungen auf über 4000&nbsp;m Tiefe gebohrt und ein künstliches Risssystem erzeugt. Die Temperaturen sind mit 270&nbsp;Grad höher als erwartet und auch die künstlich erzeugte Wasserwegsamkeit zwischen den Bohrungen ist besser als geplant.
 
Bezogen auf die Pro-Kopf-Nutzung der Erdwärme ist Island heute Spitzenreiter mit 664&nbsp;MW (2011) installierter Gesamtleistung ([[Geothermale Energie in Island]]). Die USA führen dagegen bei den Absolutwerten mit einer installierten Gesamtleistung von 3093&nbsp;MW (2010) vor den Philippinen mit 1904&nbsp;MW (2010) und Indonesien mit 1197&nbsp;MW (2010). <small>(Quelle:)<ref>J. Bertani: ''Geothermal Power Generation in the world – 2005–2010 Update Report''. Proceedings of the World Geothermal Congress 2010.</ref></small>
 
=== Situation in Deutschland ===
[[Datei:ORC Neustadt Glewe 2.jpg|mini|hochkant=1.3|Das ehemalige [[Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe]] in Deutschland von innen]]
 
''Geothermische Energie'' ist nach dem deutschen [[Bergrecht]] ([[Bundesberggesetz]], BBergG, §&nbsp;3 Abs.&nbsp;3 Satz 2 Nr. 2b) ein ''bergfreier'' Rohstoff (''bergfreier Bodenschatz''). Sie gilt somit zunächst als herrenlos, wobei die jeweiligen Antragsteller ein ''Recht für Aufsuchung und Nutzung'' durch [[Leihvertrag|Verleihung]] seitens des Staates erlangen (wenn sie nicht städtebaulich genutzt wird, weil dann der ''Gewinnungsbegriff'' im §&nbsp;4 Abs.&nbsp;2 Bundesberggesetz nicht einschlägig ist). Dies bedeutet, dass das Eigentum an einem Grundstück sich ''nicht'' auf die Erdwärme erstreckt. Für die [[Aufsuchung]] der Erdwärme bedarf es also einer [[Erlaubnis (Bergrecht)|Erlaubnis]] nach §&nbsp;7 BBergG und für die [[Gewinnung (Bergbau)|Gewinnung]] einer [[Bewilligung (Bergrecht)|Bewilligung]] nach §&nbsp;8 BBergG. Die meisten Anlagen ''oberflächennaher'' Geothermie können jedoch bislang nach dem §&nbsp;4 BBergG ohne ein solches Verfahren erstellt werden, wenn die Nutzung ''auf dem eigenen Grundstück'' erfolgt, die genaue Abgrenzung richtet sich nach dem jeweiligen Landesrecht. Auf jeden Fall sind Anlagen, die in das Grundwasser reichen, nach dem [[Wasserrecht]] [[erlaubnis]]pflichtig. Für Bohrungen, die länger als 100 Meter sind, ist außerdem ein bergrechtlicher [[Betriebsplan (Bergrecht)|Betriebsplan]] nötig.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.geothermie-nachrichten.de/erdgekoppelte-waermepumpen-ein-wachstumsmarkt |wayback=20110216080006 |text=geothermie-nachrichten.de, 2008, Burkhard Sanner: ''Erdgekoppelte Wärmepumpen in Deutschland und Europa: ein Wachstumsmarkt – Rechtliche Situation der Geothermie in europäischen Ländern; Deutschland''(3. Oktober 2010) }}.</ref> Die Stadt [[Freiburg im Breisgau]] hat allerdings unter anderem infolge der in [[Staufen im Breisgau|Staufen]] nach einer Probebohrung aufgetretenen [[Bodenhebung|Geländehebungen]] sowie der in [[Basel]] durch eine solche ausgelösten Erdbeben ihre Auflagen für oberflächennahe Geothermie-Projekte auch für Bohrungen unter 100&nbsp;m verschärft.<ref>[http://www.badische-zeitung.de/freiburg/freiburg-verschaerft-auflagen-fuer-geothermie-projekte--28420155.html Beate Beule: ''Restrisiko – Freiburg verschärft Auflagen für Geothermie-Projekte''] badische-zeitung.de, Lokales, Freiburg, 16. März 2010 (17. Oktober 2010).</ref>
 
Die ''geothermische '''Stromerzeugung''''' steckt in Deutschland noch in den Anfängen. Unter anderem beschäftigt sich (Stand: 2009) das [[Deutsches GeoForschungsZentrum|Deutsche GeoForschungsZentrum]] in Potsdam intensiv mit diesem Thema.<ref>[[Deutsches GeoForschungsZentrum]]: [http://www.gfz-potsdam.de/portal/-?$part=CmsPart&$event=display&docId=3331016&cP=GFZextern.content.detail ''Intelligent die Wärme der Erde nutzen''], 26. Februar 2009.</ref> Der Niedersächsische Forschungsverbund „Geothermie und Hochleistungsbohrtechnik – gebo“<ref>{{Webarchiv | url=http://www.gebo-nds.de/ | wayback=20151122114145 | text=gebo-nds.de}}</ref> verfolgte von 2009 bis 2014 die Zielsetzung, neue Konzepte zur geothermischen Energiegewinnung in tiefen geologischen Schichten zu entwickeln. Zudem fördert das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) zahlreiche Forschungsprojekte zur Effizienzsteigerung der tiefen Geothermie. In [[Bad Urach]] (Schwäbische Alb) konnte ein langjährig betriebenes und weit fortgeschrittenes HDR-Forschungsprojekt aus finanziellen Gründen nicht vollendet werden.<ref>Bundesverband Geothermie. e.&nbsp;V.: [http://www.geothermie.de/fileadmin/useruploads/wissenswelt/Literatur/GtE_50.pdf ''Politischer Einsatz für Bad Urach'']{{Toter Link|date=2018-03 |archivebot=2018-03-25 12:48:21 InternetArchiveBot |url=http://www.geothermie.de/fileadmin/useruploads/wissenswelt/Literatur/GtE_50.pdf }}.</ref> Die Bohrungen sollen stattdessen nun aus dem Muschelkalk Thermalwasser zum Beheizen von Gebäuden genutzt werden.<ref>{{Internetquelle |autor=Südwest Presse Online-Dienste GmbH |url=https://www.swp.de/suedwesten/staedte/metzingen/geothermie-in-bad-urach-bohren-fuer-den-klimaschutz-40744010.html |titel=Geothermie in Bad Urach: Bohren für den Klimaschutz |datum=2019-11-20 |abruf=2019-12-03 |sprache=de}}</ref>
 
Elf Kraftwerke (in Süd-Bayern: [[Sauerlach]], [[Taufkirchen (bei München)|Taufkirchen]], [[Laufzorn]], [[Kirchstockach]] und [[Dürrnhaar]] bei München, [[Holzkirchen (Oberbayern)|Holzkirchen]], [[Traunreut]], [[Simbach am Inn|Simbach]]-[[Braunau am Inn|Braunau]]; im Oberrheingraben: [[Bruchsal]], [[Landau in der Pfalz]] und [[Insheim]]) erzeugen derzeit in Deutschland Strom aus Tiefengeothermie (Stand Dezember 2019).
 
Einige weitere Projekte sind im Bau oder nahezu fertiggestellt, so dass in den nächsten Jahren mit einem Anstieg beim Anteil der geothermisch erzeugten Strommenge zu rechnen ist.
 
Sehr weit verbreitet ist hingegen die '''direkte''' energetische Nutzung von ''hydrothermaler Geothermie'' beim Betrieb von [[Wärmenetz]]en. Eine Übersicht über die in Deutschland vorhandenen Anlagen hydrogeothermaler Nutzung ist in dem Verzeichnis Geothermischer Standorte<ref>Geothermisches Informationssystem für Deutschland: ''[https://www.geotis.de/ Verzeichnis Geothermischer Standorte]''.</ref> zu finden.
 
In Deutschland ist die direkte Nutzung oberflächennaher Geothermie (Wärmepumpenheizung) schon weit verbreitet, 2010 wurden 51.000 neue Anlagen installiert.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.waermepumpe.de/fileadmin/grafik/pdf/PIs_ab-11-2009/2011-01-27_BWP-PI_Absatzzahlen_2011_final.pdf |wayback=20120131155437 |text=Pressemitteilung des Branchenverbandes }}.</ref> Insgesamt waren 2009 etwa 330.000 Anlagen installiert.<ref>{{Webarchiv|text=Entwicklung der Neuanlagen |url=http://www.erdwaerme-zeitung.de/meldungen/waermepumpen---absatzboom--888787866543.php |wayback=20111204012706 }}.</ref> Erstmals flächig erforscht werden soll der Einsatz von oberflächennaher Geothermie im '''Erdwärmepark''' in [[Neuweiler]] im Nordschwarzwald; einem Baugebiet, in dem ausschließlich Erdwärme zu Zwecken der Gebäudeheizung und -kühlung verwendet wird. Hier soll im Rahmen eines Modellprojekts auch das Heizen bzw. Kühlen der vorhandenen Straßen erstmals umgesetzt werden. Oberflächennahe Geothermie wird auch in Bayern u.&nbsp;a. in der Umgebung von [[Ansbach]] untersucht,<ref>Bayerisches Staatsministeriums für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz: {{Webarchiv|url=http://geothermie.geologie.bayern.de/pdf/an_400.pdf |wayback=20120131155434 |text=''Oberflächennahe Geothermie'' – Übersichtskarte Bayern 1:200.000, Stand: Mai 2006 (PDF 9,6&nbsp;MB) }}, siehe Umgebung von Ansbach.</ref> wo es auch einen Ausbildungsschwerpunkt an der dortigen Fachhochschule gibt.
 
Für Deutschland ergab sich laut der Zahlen des BMU für das Jahr 2004 das folgende Bild: Der Energieerzeugung im Jahr 2004 aus der Geothermie von 5609&nbsp;TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistungsabgabe von 0,178&nbsp;GW im Jahr 2004) stand ein Primärenergieverbrauch in Deutschland im selben Jahr von 14.438.000&nbsp;TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistung von 458&nbsp;GW) gegenüber. Es wurden also im Jahr 2004 0,04 % des Primärenergieverbrauchs in Deutschland durch Geothermie gedeckt. Die Branche rechnete für 2005 mit einem Umsatz von etwa 170 Millionen Euro und mit Investitionen von 110 Millionen Euro. Etwa 10.000 Menschen arbeiteten bereits direkt oder indirekt für die geothermische Energieversorgung (Quelle, siehe Literatur/Statistik, 2.).
 
==== Direkte Nutzung ====
Im Bereich der tiefen Geothermie gibt es in Deutschland zurzeit (Stand: 2005) 30 Installationen mit Leistungen über 2&nbsp;MW. Diese leisten zusammen 105&nbsp;MW (Quelle, siehe Literatur/Statistik, 4.). Die meisten dieser Einrichtungen stehen im
* Norddeutschen Becken,
* Süddeutschen [[Molassebecken|Molasse&shy;becken]] oder in der
* [[Oberrheinische Tiefebene|Oberrheinischen Tiefebene]]/Oberrheingraben.
 
Der norddeutsche Raum verfügt geologisch bedingt über ein großes Potential geothermisch nutzbarer Energie in thermalwasserführenden Porenspeichern des [[Mesozoikum]]s in einer Tiefe von 1000 bis 2500&nbsp;m mit Temperaturen zwischen 50&nbsp;°C und 100&nbsp;°C. Die [[Geothermische Heizzentrale Neubrandenburg|Geothermische Heizzentrale]] (GHZ) in Neubrandenburg war bereits in der DDR eines der Pilotprojekte zur Nutzung der Geothermie.
 
Das [[Molassebecken]] in Süddeutschland (Alpenvorland) bietet günstige Voraussetzungen für eine tiefengeothermische Nutzung. Zahlreiche balneologische Erschließungen in Baden-Württemberg (Oberschwaben) und Bayern ([[Niederbayerisches Bäderdreieck|Bäderdreieck]]) bestehen bereits seit einigen Jahrzehnten. Darüber hinaus existierten in Südbayern im Jahr 2019 rund zwanzig groß-energetische Nutzungen (geothermisch betriebene Fernwärmenetze in [[Geothermieheizkraftwerk Braunau-Simbach|Simbach-Braunau]], Straubing, [[Therme Erding|Erding]], Unterschleißheim, Pullach, [[Messe München|München-Riem]], Unterhaching, Unterföhring, Aschheim-Feldkirchen-Kirchheim, Ismaning, München-Freiham, Waldkraiburg, Poing, Garching, Grünwald, Traunreut, Sauerlach, Taufkirchen, Kirchweidach, Holzkirchen) und zahlreiche weitere sind in Planung oder im Bau (beispielsweise München-Sendling,<ref name="sz-4040924">{{Internetquelle | autor=Birgit Lotze, Sendling | url=http://www.sueddeutsche.de/muenchen/sendling-nichts-bleibt-wie-es-ist-1.4040924 | titel=Nichts bleibt, wie es ist | werk=[[Süddeutsche Zeitung|sueddeutsche.de]] | datum=2018-07-04 |abruf=2020-05-10}}</ref>). Das Thermalwasser stammt aus einer Kalksteinschicht (Poren-, Kluft- und [[Karst]]grundwasser) des [[Oberjura]] (Malm) an der Basis des nordalpinen Molassetrogs. Diese Gesteine treten entlang der Donau an der Erdoberfläche in Erscheinung und tauchen in Richtung Süden am Alpenrand auf bis über 5000&nbsp;m unter die Erdoberfläche ab. Dort sind auch Temperaturen höher als 140&nbsp;°C zu erwarten.
 
Der Oberrheingraben bietet deutschlandweit besonders gute geologisch-geothermische Voraussetzungen (u.&nbsp;a. hohe Temperatur, Wärmefluss, Struktur im Untergrund). Allerdings sind die Thermalwässer im Oberrheingraben reich an gelösten Inhaltsstoffen, was hohe Anforderungen an die Anlagentechnik stellt. An verschiedenen Standorten sind Projekte in Betrieb, in Planung und im Bau. Für viele Regionen sind bereits Konzessionen erteilt worden.
 
Untersucht wird zudem beispielsweise in Nordrhein-Westfalen, ob Grubenwasser thermisch genutzt werden kann.
 
Baden-Württemberg hat genau wie Nordrhein-Westfalen ein Förderprogramm für Erdwärmesonden-Anlagen für kleine Wohngebäude aufgelegt, mit einer Förderung der Bohrmeter, siehe Weblinks.
 
Zusätzlich gibt es in Deutschland mehr als 50.000 oberflächennahe Geothermieanlagen, bei denen Wärmepumpen zum Anheben der Temperatur eingesetzt werden. Diese haben zusammen eine Leistung von mehr als 500&nbsp;MW. Im Vergleich zu Schweden, Schweiz oder Österreich ein eher geringer Marktanteil. Im Jahr 2000 betrug er in Deutschland 2 bis 3 %, in Schweden 95 %, und in der Schweiz 36 % (Siehe auch [[Wärmepumpenheizung]]).
 
==== Stromerzeugung ====
Das erste geothermische Kraftwerk in Deutschland ist 2004 in Mecklenburg-Vorpommern als Erweiterung des bereits 1994 errichteten geothermischen Heizwerks in Betrieb genommen worden. Die elektrische Leistung des [[Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe|Geothermiekraftwerks Neustadt-Glewe]] betrug bis zu 230&nbsp;kW. Aus einer Tiefe von 2250 Metern wurde etwa 97&nbsp;°C heißes Wasser gefördert und zur Strom- und Wärmeversorgung genutzt. Im Jahr 2004 betrug die erzeugte Strommenge 424.000 Kilowattstunden (Quelle: AGEE-Stat/BMU); die Stromerzeugung dieses geothermischen Pionier-Kraftwerks wurde 2010 allerdings wieder eingestellt. Seither wurden in Deutschland 11 weitere geothermische Kraftwerke errichtet, weitere sind derzeit im Bau, die meisten davon am [[Oberrhein]] und im oberbayerischen [[Molassebecken]]. Die Bergämter haben dort zahlreiche [[Aufsuchungsgenehmigung]]en zur gewerblichen Nutzung von Erdwärme vergeben (bis 2007 über 100).
 
Die für die Stromerzeugung erforderlichen Wärmereservoirs mit hohen Temperaturen sind in Deutschland nur in großer Tiefe vorhanden. Die für den Betrieb erforderlichen Temperaturen zu erschließen ist mit einem hohen finanziellen Aufwand verbunden. Geologische und bohrtechnische Erschließungsrisiken müssen dabei im Verhältnis zum finanziellen Aufwand abgewogen werden. Forschungsarbeiten zur Nutzung tief liegender bzw. weitgehend wasserundurchlässiger Gesteine laufen und versprechen die Möglichkeiten zur Stromerzeugung weiter zu erhöhen. Eine Studie des Deutschen Bundestages gibt das Potential der Stromproduktion mit 10<sup>21</sup> Joule an.
 
{| class="wikitable centered"
|+Geplante und realisierte Geothermieanlagen (Wärme- und Stromerzeugung) im deutschsprachigen Raum (D/A/CH)
|-
|
!Geoth. Leistung<br />in MW
!Elektr. Leistung<br />in MW
!Temperatur<br />in °C
!Förderrate<br />in m³/h
!Bohrtiefe<br />in m
!(Geplante) Inbetriebnahme<br />Jahr
|-
|- class="hintergrundfarbe6"
|colspan="7" align="center"|[[Deutschland]]
|-
|-
|[[Groß Schönebeck]] Forschungsprojekt
|10
|1,0
|150
|< 50
|4.294
|Probebetrieb, aktuell keine Stromerzeugung
|-
|[[Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe|Neustadt-Glewe]]
|10
|0,21
|98
|119
|2.250
|Kraftwerksbetrieb seit 2003–2009, Stromerzeugung 2009 eingestellt
|-
|[[Bad Urach]] (HDR-Pilotprojekt)
|6–10
|ca. 1,0
|170
|48
|4.500
|Projekt 2004 endgültig abgebrochen wg. Auslauf der Finanzierung / bohrtechn. Probleme
|-
|[[Bruchsal]]
|4,0
|ca. 0,5
|118
|86
|2.500
|Im Kraftwerksbetrieb seit 2009
|-
|[[Geothermiekraftwerk Landau|Landau in der Pfalz]]
|22
|3
|159
|70
|3.000
|Probebetrieb seit 2007. Zeitweise eingestellt wegen leichter Beben. Wiederaufnahme mit reduziertem Pumpendruck.<ref>[http://www.morgenweb.de/region/rhein_neckar_ticker/Mannheimer_Morgen/2661_Landau:_Geothermie-Kraftwerk_läuft_wieder.html morgenweb.de]{{Toter Link|url=http://www.morgenweb.de/region/rhein_neckar_ticker/Mannheimer_Morgen/2661_Landau%3A_Geothermie-Kraftwerk_l%C3%A4uft_wieder.html |date=2019-04 |archivebot=2019-04-19 01:48:21 InternetArchiveBot }}</ref>
|-
|[[Geothermiekraftwerk Insheim|Insheim]]
|
|4–5<ref>{{Webarchiv|text=pfalzwerke.de |url=http://www.pfalzwerke.de/energieberatung/5228.php |wayback=20140110211735 }}.</ref>
|>155
|
|3.600
|Kraftwerksbetrieb seit November 2012
|-
|[[Brühl (Baden)|Brühl]]
|40
|5–6
|150
|
|3.800<ref>{{Internetquelle |url=http://www.geoenergy.de/de/projekte/projekt-bruehl/zielsetzung.html |titel=Projekt Brühl Zielsetzung |hrsg=GeoEnergy GmbH |abruf=2014-09-21 |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20140513090211/http://www.geoenergy.de/de/projekte/projekt-bruehl/zielsetzung.html |archiv-datum=2014-05-13}}</ref>
|(Bohrarbeiten wg. Klage derzeit unterbrochen; Klage abgewiesen),<ref name="morgenwe-493539">{{Internetquelle|autor= |url=https://www.morgenweb.de/schwetzinger-zeitung_artikel,-bruehl-richter-weisen-die-klage-ab-_arid,493539.html |titel=Richter weisen die Klage ab |werk=morgenweb.de |datum= |abruf=2020-05-10}}</ref> GT1 erfolgreich getestet. Bohrloch wegen Insolvenz aufgegeben und eingestellt.<ref name="rnz-213205">{{Internetquelle|autor= |url=https://www.rnz.de/nachrichten/metropolregion_artikel,-Metropolregion-Endgueltiges-Aus-fuer-Geothermie-in-Bruehl-_arid,213205.html |titel=Endgültiges Aus für Geothermie in Brühl |werk=rnz.de |datum=2015-12-31 |abruf=2020-05-10}}</ref>
|-
|[[Schaidt]]
|
|
|>155
|
|>3.500
|Die 2010 erteilten bergrechtlichen Zulassungen sind ausgelaufen. Die Zukunft ist offen.<ref>{{cite web |url=http://www.geoenergy.de/de/projekte/projekt-schaidt.html |title=Projekt Schaidt |publisher=GeoEnergy GmbH |accessdate=2014-05-09 |offline=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20140512214457/http://www.geoenergy.de/de/projekte/projekt-schaidt.html |archivedate=2014-05-12 }}</ref>
|-
|[[Offenbach an der Queich]]
|30–45
|4,8–6,0
|160
|360
|3.500
|gestoppt wg. Bohrlochinstabilität
|-
|[[Speyer]]
|24–50
|4,8–6,0
|150
|450
|2.900
|2005 aufgegeben,<ref>firstgeotherm.de: {{Webarchiv|text=Daten zum Projekt Speyer |url=http://www.firstgeotherm.de/html/projekte/daten.htm |wayback=20111204015831 }} von der Firma FirstGeoTherm</ref><ref>speyer-aktuell.de: [http://speyer-aktuell.de/html.php/modul/Article/op/read/nid/6217/rub/3 ''Stadtwerke Speyer verpachten ehemaliges Geothermie-Gelände'']{{Toter Link|date=2018-03 |archivebot=2018-03-25 12:48:21 InternetArchiveBot |url=http://speyer-aktuell.de/html.php/modul/Article/op/read/nid/6217/rub/3 }}, 20. September 2006.</ref> weil Erdöl statt Wasser gefunden wurde (drei Bohrungen im Probebetrieb)
|-
|[[Geothermieheizkraftwerk Braunau-Simbach|Simbach-Braunau]]
|7
|0,2
|80
|266
|1.900
|Fernwärme seit 2001, ORC-Kraftwerk seit 2009 im Betrieb
|-
|[[Geothermiekraftwerk Unterhaching|Unterhaching]]
|40
|3,4
|122
|> 540
|3.577
|seit 2008 im Betrieb; seit Mitte 2017 Kalina-Kraftwerk abgeschaltet<ref name="merkur-730003">{{Internetquelle|autor=Marc Schreib |url=https://www.merkur.de/lokales/muenchen-lk/gruenwald-ort28770/unterhaching-prestige-kraftwerk-droht-aus-8730003.html |titel=Unterhaching: Prestige-Kraftwerk droht das Aus – Grünwald |werk=merkur.de |datum=2020-05-10 |abruf=2020-05-10}}</ref>
|-
|[[Sauerlach]]
|ca. 80
|ca. 5<ref>[http://www.erdwerk.com/assets/Uploads/public/Publikationen/bbrBohrerfahrungen-bei-Deutschlands-grtem-Geothermieprojekt.pdf erdwerk.com]{{Toter Link|date=2018-03 |archivebot=2018-03-25 12:48:21 InternetArchiveBot |url=http://www.erdwerk.com/assets/Uploads/public/Publikationen/bbrBohrerfahrungen-bei-Deutschlands-grtem-Geothermieprojekt.pdf }} (PDF).</ref>
|140
|> 600
|> 5.500
|seit 2013 im Betrieb<ref>{{Internetquelle |autor=muenchen.de |url=https://www.muenchen.de/aktuell/2013-2014/swm-geothermie-kraftwerk.html |titel=SWM Geothermie-Kraftwerk München Sauerlach |abruf=2019-12-03 |sprache=de}}</ref>
|-
|[[Dürrnhaar]]
|ca. 50
|ca. 5,0
|135
|> 400
|> 4.000
|seit 2013 im Betrieb
|-
|[[Mauerstetten]]
|
|
|120–130
|0
|4.100
|Bohrung nicht fündig.
|-
|[[Kirchstockach]]
|50
|5
|130
|450
|> 4.000
|seit 2013 im Betrieb
|-
|[[Laufzorn]] (Grünwald-Oberhaching)
|50
|5
|130
|470
|> 4.000
|seit 2014 im Betrieb
|-
|[[Kirchweidach]]
|
|
|120
|470
|> 4.500
|Fokussierung auf Wärme für Gewächshäuser & Fernwärme<ref>{{Internetquelle |url=http://www.tiefegeothermie.de/news/kirchweidach-fernwaerme-versorgt-gewaechshaus |titel=Kirchweidach: Fernwärme versorgt Gewächshaus – Informationsportal Tiefe Geothermie |werk=tiefegeothermie.de |datum=2014-01-07 |abruf=2015-06-30}}</ref>
|-
|[[Pullach im Isartal|Pullach i. Isartal]]
|16
|
|105
|> 300
|3.443
|seit 2005 in Betrieb, zwei Förder- und eine Reinjektionsbohrung, wärmegeführte Anlage mit 45&nbsp;km Fernwärmenetz (Stand 2018)
|-
|[[Taufkirchen (bei München)|Taufkirchen]]
|35
|4,3
|136
|430
|> 3.000
| seit 2018 im Betrieb<ref name="sz-3936352">{{Internetquelle |autor=Michael Morosow |url=https://www.sueddeutsche.de/muenchen/landkreismuenchen/energieversorgung-in-taufkirchen-unter-hochspannung-1.3936352 |titel=Unter Hochspannung |werk=[[Süddeutsche Zeitung|sueddeutsche.de]] |datum=2018-04-10 |abruf=2018-10-13}}</ref>
|-
|[[Traunreut]]
|12
|5,5
|120
|470
|4.500
|seit 2016 im Betrieb<ref>[http://www.geothermie-traunreut.de/wann/ geothermie-traunreut.de]</ref>
|-
|[[Geretsried]]
|
|
|160
|0
|> 4.500
|Bohrarbeiten beendet; Bohrung im Jahr 2013 fand kein Thermalwasser;<ref>{{cite web|url=http://www.sueddeutsche.de/muenchen/wolfratshausen/geothermie-in-gelting-abwarten-was-da-rauskommt-1.1750758|title=Geothermie in Gelting – Warten was das rauskommt |publisher=Süddeutsche Zeitung |date=2013-08-20 |accessdate=2013-10-18}}</ref> der im Jahr 2017 gebohrte Sidetrack blieb ebenfalls trocken<ref>{{cite web|url=http://www.sueddeutsche.de/muenchen/wolfratshausen/pumpversuche-enttaeuschen-geothermieprojekt-in-gelting-gescheitert-1.3739856|title=Geothermieprojekt in Gelting erneut gescheitert|publisher=Süddeutsche Zeitung |date=2017-11-07 |accessdate=2007-11-08}}</ref>
|-
|[[Bernried am Starnberger See]]
|
|
|
|
|> 4.500
|auf Standby, Bohrbeginn verschoben<ref>{{Internetquelle |url=http://www.sueddeutsche.de/muenchen/starnberg/bernried-hoffen-und-bangen-1.3124917 |titel=Hoffen und Bangen |werk=sueddeutsche.de |datum=2016-08-17 |abruf=2018-03-09}}</ref>
|-
|[[Weilheim in Oberbayern]]
|
|
|
|0
|4.100
|Bohrarbeiten beendet; Bohrung fand kein Thermalwasser<ref>{{cite web|url=https://www.merkur.de/lokales/weilheim/weilheim-ort29677/aus-fuer-geothermie-kraftwerk-von-enel-bei-weilheim-9562246.html|title=Aus für Geothermie-Kraftwerk bei Weilheim |publisher=Merkur |date=2018-01-26 |accessdate=2018-07-10}}</ref>
|-
|-
|-
|[[Holzkirchen (Oberbayern)|Holzkirchen]]
|24
|3,4
|155
|200
|5.100
|Fernwärme seit 2018<ref>{{cite web |title=Aus der Tiefe ins Fernwärmenetz: Geothermie ab sofort in Betrieb |url=https://www.merkur.de/lokales/region-holzkirchen/holzkirchen-ort28831/holzkirchen-aus-tiefeins-fernwaermenetz-geothermie-ab-sofort-in-betrieb-10906771.html |publisher=Holzkirchner Merkur| |date=2018-12-20 |accessdate=2018-12-20}}</ref> Kraftwerk seit 2019<ref>{{Internetquelle |url=https://www.merkur.de/lokales/region-holzkirchen/holzkirchen-ort28831/geothermie-holzkirchen-erste-stromgeld-ist-verdient-12788391.html |titel=Geothermie Holzkirchen: Das erste Stromgeld ist verdient |datum=2019-07-10 |abruf=2019-12-03 |sprache=de}}</ref>
|-
|-
|[[Groß-Gerau]] / Trebur
|
|
|160
|0
|3.500
|Bohrung nicht fündig<ref>{{Internetquelle|autor=Rouben Bathke |url=https://www.energate-messenger.de/news/167264/gross-gerau-beendet-tiefengeothermie-projekt|titel=Groß-Gerau beendet Tiefengeothermie-Projekt |datum=2016-08-23 |abruf=2020-05-10}}</ref>
|-
|-
|[[Neuried (Baden)]]
|
|3,8
|
|
|
|6 Gemeinden sprechen sich gegen das Projekt aus.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.energate-messenger.de/news/184792/neuried-gegen-tiefengeothermie |titel=Neuried gegen Tiefengeothermie |abruf=2018-12-24}}</ref> Bohrbeginn wegen abgewiesener Klage verschoben; Realisierung baldmöglichst geplant.<ref>[http://www.tiefegeothermie.de/news/keine-uvp-fuer-projekt-in-neuried-daldrup-will-projekt-zuegig-umsetzen tiefegeothermie.de]</ref> Die "Bürgerinitiative gegen Tiefengeothermie im südlichen Oberrheingraben" kämpft gegen das Projekt an, und eine große Ablehnung gegen das Projekt ist bei den Bürgern vorhanden.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.bi-gegen-tiefengeothermie-so.de/ |titel=Bürgerinitiative gegen Tiefengeothermie |abruf=2020-01-24}}</ref> 
|-
|-
|[[Icking]] ([[Höhenrain]], Dorfen)
|
|
|140
|0
|ca. 4.000
|Bohrung nicht fündig<ref>{{cite web |title=Geothermieprojekt offenbar vor dem Aus|url=https://www.merkur.de/lokales/wolfratshausen/icking-ort28838/icking-geothermie-projekt-offenbar-vor-aus-10905598.html |publisher=Merkur| |date=2018-12-20 |accessdate=2018-12-20}}</ref>
|-
|Bruck ([[Garching an der Alz]])
|6,2
|3,5
|120–130
|
|ca. 3.800
|Bohrarbeiten 2018 beendet und fündig<ref>{{cite web |title=Auch zweite Geothermie-Bohrung beschert das erhoffte Ergebnis |url=https://www.pnp.de/lokales/landkreis_altoetting/burgkirchen_garching/3175335_Auch-zweite-Geothermie-Bohrung-beschert-das-erhoffte-Ergebnis.html |publisher=Alt-Neuöttinger Anzeiger| |date=2018-12-19 |accessdate=2018-12-20}}</ref>
|-
|-
|-
|- class="hintergrundfarbe6"
|colspan="7" align="center"|[[Österreich]]
|-
|[[Altheim (Oberösterreich)]]
|18,8
|0,5
|105
|300–360
|2.146
|Im Kraftwerksbetrieb seit 2000
|-
|[[Bad Blumau]]
|7,6
|0,18
|107
|ca. 80–100
|2.843
|Im Kraftwerksbetrieb seit 2001
|-
|[[Aspern]]
|
|
|150
|
|5.000
|Bohrarbeiten abgebrochen<ref name="derstandard-1353209116668">{{Internetquelle | url=https://www.derstandard.at/story/1353209116668/wiener-geothermie-plan-in-aspern-muss-begraben-werden | titel=Wiener Geothermie-Plan in Aspern muss begraben werden | autor=Roman David-Freihsl | werk=[[Der Standard|derstandard.at]] | datum=2012-12-13 |abruf=2020-05-10}}</ref>
|- class="hintergrundfarbe6"
|colspan="7" align="center"|[[Frankreich]]
|-
|[[Soultz-sous-Forêts]]
|12,0
|2,1
|180
|126
|5.000
|Testbetrieb seit 2008<ref>geothermie-soultz.fr: [http://www.geothermie-soultz.fr/ ''GEIE – Le programme Géothermie Soultz''], abgerufen am 25. Juni 2008 (französisch).</ref>
|-
|Strasbourg-Vendenheim
|
|
|
|
|
|Projekt eingestellt wegen Beben Dezember 2019<ref>Erdbeben: [https://bnn.de/lokales/abb/erneutes-erdbeben-bei-strassburg ''Erdbeben''], abgerufen am 25. Januar 2020.</ref>
|-
|Strasbourg-Illkirch
|
|
|
|
|
|Projekt ruht, wegen bohrtechnischen Problemen in 2&nbsp;km Tiefe Dezember 2019
|-
|- class="hintergrundfarbe6"
|colspan="7" align="center"|[[Schweiz]]
|-
|[[Basel]]
|
|
|200
|
|5.000
|Projekt eingestellt wegen Beben<ref name="nzz.ch">{{Internetquelle | autor= | url=https://www.nzz.ch/basel_geothermie_projekt_aus-1.4150967 | titel=Definitives Aus für Basler Geothermieprojekt | werk=nzz.ch | datum=2009-11-05 |abruf=2020-05-10}}</ref>
|-
|[[St. Gallen]]
|
|
|150–170
|
|ca. 4.000
|Projekt abgebrochen, hoher Gaszutritt und erhöhte Seismizität beim Fördertest<ref>[http://www.geothermie.stadt.sg.ch/ Geothermie-Projekt der Stadt St. Gallen]. In: ''Geothermie-Projekt''.</ref>
|}
 
==== Staatliche Fördermaßnahmen ====
===== Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) =====
Durch die Novellierung des EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) zum 1. Januar 2012 wird die geothermische Stromerzeugung die eingespeiste Kilowattstunde deutlich höher gefördert als zuvor. Es erfolgt eine Integration von KWK- und Frühstarter-Bonus in die Grundvergütung, so dass diese von 16 auf 23&nbsp;ct/kWh steigt. Die Grundvergütung beträgt jetzt mit einer zusätzlichen Erhöhung von 2&nbsp;ct/kWh 25&nbsp;ct/kWh. Dazu kommt ein Technologie-Bonus für petro-thermale Projekte von 5&nbsp;ct/kWh. Diese Höhe der Vergütungen gilt für alle bis einschließlich 2017 in Betrieb gehenden Anlagen. Ab dem Jahr 2018 sinken die jeweils für neue Anlagen (entsprechend den Zeitpunkten der Inbetriebnahmen) geltenden Vergütungssätze jährlich um 5 % (Degression). Bisher sollte diese Absenkung bereits ab 2010 jährlich 1 % betragen. Weiterhin bleiben die Vergütungen einer Anlage über den Vergütungszeitraum (20 bis knapp 21 Jahre) konstant. Die [[Einspeisevergütung]] wird für die Brutto-Stromproduktion der Anlage in Anspruch genommen. Dies entspricht einer EEG-einheitlichen Regelung und gilt für alle Formen erneuerbarer Stromerzeugung. Der Eigenenergiebedarf beträgt bei deutschen Geothermiekraftwerken ca. 30 % der Bruttostromproduktion (größter Verbraucher sind die Förderpumpen).
 
===== Marktanreizprogramm des BMU =====
Anlagen der tiefen Geothermie werden aus dem MAP (Marktanreizprogramm des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit) durch zinsverbilligte Darlehen mit Tilgungszuschüssen gefördert.
Förderbar sind:
* Die Errichtung der Tiefengeothermieanlage („Anlagenförderung“)
* Die Realisierung der Förder- und Injektionsbohrung („Bohrkostenförderung“) sowie unvorhergesehene Mehrkosten gegenüber der Bohrplanung („Mehraufwendungen“)
* Die Reduzierung des Fündigkeitsrisikos durch Haftungsfreistellungen für bis zu 80 % der Bohrkosten („Kreditprogramm Fündigkeitsrisiko“)
* Die Errichtung von Wärmenetzen („Wärmenetze“)
 
Die KfW kann daraus Darlehen pro Projekt in einer Höhe von bis zu 80 % der Bohrkosten vergeben. Diese Darlehen werden im Fall der Nichtfündigkeit haftungsfrei gestellt, d.&nbsp;h. sie müssen vom Kreditnehmer ab diesem Zeitpunkt nicht weiter zurückgezahlt werden.
Das „KfW Sonderprogramm“ für allgemeine Projektfinanzierungen, wie u.&nbsp;a. Geothermieprojekte, refinanziert Banken mittels KfW-Krediten bis zu einem Kreditbetrag von i.&nbsp;d.&nbsp;R. 200 Mio. Euro pro Projekt.
 
Aufgrund der mit der Bohrung verbundenen hohen Investitionskosten und Fündigkeitsrisiken, soweit diese über die o.&nbsp;g. Haftungsfreistellung hinausgehen, besteht bei Tiefengeothermieprojekten ein relativ hohes Anfangshemmnis. Dies erschwert die Finanzierung. Die relativ lange Projektentwicklungszeit und die damit verbundene Dauer des Eigenkapitaleinsatzes verteuert die Finanzierung.
 
== Ökonomische Aspekte ==
Die geringe Nutzung der überall vorhandenen und vom Energieangebot her kostenlosen Geothermie liegt darin begründet, dass sowohl der Wärmestrom mit ≈&nbsp;0,06&nbsp;Watt/m² als auch die Temperaturzunahme mit der Tiefe mit ≈&nbsp;3&nbsp;K/100&nbsp;m in den zugänglichen Teilen der Erdkruste, von besonderen Standorten abgesehen, so gering sind, dass eine Nutzung zu Zeiten niedriger Energiepreise nicht wirtschaftlich war. Durch das Bewusstwerden des CO<sub>2</sub>-Problems und der absehbaren Verknappung der fossilen Energieträger setzte eine stärkere geologische Erkundung und technische Weiterentwicklung der Geothermie ein.
 
Da die eigentliche Energie, der Geothermie, kostenlos ist, wird die Wirtschaftlichkeit einer Geothermienutzung vor allem durch die Investitionskosten (Zinsen) und Unterhaltskosten der Anlagen bestimmt.
 
Unter den gegenwärtigen politischen Rahmenbedingungen ([[Erneuerbare-Energien-Gesetz]]) ist eine Wirtschaftlichkeit bei größeren Geothermieanlagen auch in Deutschland in vielen Gebieten, wie zum Beispiel in Oberbayern, Oberrheingraben und Norddeutsches Becken, erreichbar.
 
Grundsätzlich sind größere Geothermieanlagen (über 0,5&nbsp;MW und mit einer Tiefe von mehr als 500&nbsp;m) immer mit gewissen Fündigkeitsrisiken behaftet, da die tieferen Erdschichten eben nur punktuell und oft in geringem Ausmaß erkundet sind. Dabei lassen sich die anzutreffenden Temperaturen meist recht gut prognostizieren. Die bei hydrothermalen Anlagen aber besonders relevanten Schüttmengen sind jedoch häufig nicht gut vorhersehbar. Neuerdings werden allerdings Risikoversicherungen dazu angeboten. Zur Minimierung des Fündigkeitsrisikos wurde das [[Geothermisches Informationssystem|Geothermische Informationssystem]] (gefördert vom [[Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit|BMU]]) erstellt.
 
Die oberflächennahe Erdwärmenutzung für die Heizung von Gebäuden mittels einer Wärmepumpe ist bereits in vielen Fällen konkurrenzfähig. Wärmepumpenheizungen bestehen in der Regel aus einer oder mehreren Erdwärmesonde(n) und einer [[Wärmepumpe]] bzw. mehreren parallel geschaltet. 2004 wurden in Deutschland etwa 9.500 neue Anlagen errichtet, 2006 waren es schon 28.000, der Bestand übersteigt 130.000. In der Schweiz waren es 2004 rund 4.000 neue Anlagen mit Erdwärmenutzung. Der Marktanteil in Deutschland ist im Gegensatz zu Ländern wie Schweden, der Schweiz oder Österreich jedoch noch gering.
 
Bei den Betriebskosten spielt die Beständigkeit der Anlagen gegen [[Verschleiß]] (beispielsweise bewegte Teile einer Wärmepumpe oder eines [[Stirlingmotor]]s) eine Rolle. Bei offenen Systemen kann [[Korrosion]] durch aggressive Bestandteile im wärmetransportierenden Wasser entstehen (alle Teile in der Erde und die Wärmeübertrager). Diese früher bedeutenden Probleme sind heute jedoch technisch weitestgehend gelöst.
 
== Ökologische Aspekte ==
=== Energiepotential ===
Die Geothermie wird zu den [[Regenerative Energie|regenerativen Energiequellen]] gezählt, da ihr Potenzial als sehr groß und nach menschlichem Ermessen unerschöpflich gilt. Der [[Graue Energie|kumulierte Energieaufwand]] (KEA, auch: graue Energie) von Geothermie liegt in dem Bereich von 0,12 <math>kWh_{PE}/kWh_{th}</math>.<ref>Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.&nbsp;V.: [http://www.ffe.de/taetigkeitsfelder/ganzheitliche-energie-emissions-und-kostenanalysen ''Niedertemperatur-Netz mit dezentraler Wärmeerzeugung''].</ref> Theoretisch würde allein die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeicherte Energie ausreichen, um die Welt für etwa 100.000 Jahre mit Energie zu versorgen. Allerdings ist nur ein sehr kleiner Teil dieser Energie technisch nutzbar. Im ''Arbeitsbericht 84 des Büros für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag''<ref>Büro für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag: [http://www.tab-beim-bundestag.de/de/pdf/publikationen/berichte/TAB-Arbeitsbericht-ab084.pdf ''Möglichkeiten geothermischer Stromerzeugung in Deutschland''] (PDF) Arbeitsbericht Nr. 84, Februar 2003 (PDF).</ref> wurde 2003 ein jährliches technisches Angebotspotenzial aus geothermischer „Stromerzeugung von ca. 300&nbsp;TWh/a für Deutschland ermittelt, was etwa der Hälfte der gegenwärtigen Bruttostromerzeugung entspricht“. Die Berechnungen in der Studie ermitteln einen nachhaltigen Nutzungszeitraum von eintausend Jahren für diese Form von zu 50 Prozent geothermischer Gesamtstromerzeugung. Entscheidenden Einfluss bei der Realisierung einer nachhaltigen Nutzung hat das Wärmeträgerfluid (Wasser oder Dampf). Wird die Wärme über das Fluid im großen Maßstab dem Untergrund entzogen, so wird, in Abhängigkeit von den geologischen Rahmenbedingungen, regional mehr Wärme entzogen, als durch den natürlichen Wärmestrom zunächst „nachfließen“ kann. So gesehen wird die Wärme zunächst „abgebaut“. Nach Beendigung der Nutzung werden sich jedoch die natürlichen Temperaturverhältnisse nach einer gewissen Zeit wieder einstellen. Das Entnahmeszenario der Studie berücksichtigt die Wärmeströme in der Potenzialberechnung. Geothermie ist wie Biomasse oder Wasserkraft bei der Stromerzeugung und nicht wärmegesteuerten Kraftwerken [[grundlast]]fähig.
 
=== Regeneration des Wärmereservoirs ===
Da bei Geothermiekraftwerken in Regionen mit geringem oder durchschnittlichem Wärmestrom mehr Wärmeenergie aus der Erdkruste entnommen wird, als natürlich nachströmen kann, wird die in der Erdkruste gespeicherte Energie abgebaut. Die Nutzungsdauer eines Kraftwerks bzw. Standortes ist also je nach Rate der entnommenen Energie begrenzt. Allerdings regeneriert sich das Wärmereservoir durch den natürlichen Wärmestrom nach einiger Zeit. Die Regeneration eines Wärmereservoirs im Bereich der Kaltwasserinjektion richtet sich sehr stark nach den geologischen Rahmenbedingungen. Wichtig ist dabei, ob die Wärme ausschließlich über Wärmeleitung von unten nachgeführt wird oder zusätzlich Wärme über den Transport von warmem Wasser konvektiv nachgeführt wird.
 
==== Regeneration in klüftigem System ====
Wärmetransport durch Konvektion ist immer effektiver, da das Problem der Begrenzung des [[#Wärmestrom aus dem Erdinneren|Wärmetransports durch den Widerstand des Gebirgskörpers gegen die Wärmeleitung]] umgangen wird. Deswegen sollte ein Investor für Geothermieprojekte nach Möglichkeit geologische Regionen suchen, in denen durch Klüfte warmes oder heißes Tiefenwasser nachströmt (offene Kluftsysteme):
* Karstgebiete (beispielsweise bayerisches Molassebecken) oder
* Zonen mit offenen Kluftsystemen (beispielsweise der Oberrheingraben)
sind daher für Geothermieprojekte bevorzugte Regionen in Deutschland.
 
In einer Modellrechnung über den Wärmetransport wurde in diesem Zusammenhang exemplarisch für einen Standort im bayerischen Molassebecken das Folgende festgestellt:
Für ein hydrothermales System im Malmkarst mit 50&nbsp;l/s Reinjektionsrate und 55&nbsp;°C Reinjektionstemperatur wurde die folgende Zeitdauer für die vollständige Wärmeregeneration unmittelbar um die Injektionsbohrung nach Abschluss des Dublettenbetriebs bei rein konduktivem Wärmetransport berechnet:
Nach 2.000 Jahren wird eine Temperatur von 97&nbsp;°C und etwa 8.000 Jahre nach Betriebsende die Ausgangstemperatur von 99,3&nbsp;°C wieder erreicht:
„Die Modellierung der Wärmeregeneration nach Abschluss eines 50 Jahre währenden Betriebszeitraumes unter den gegebenen Randbedingungen verdeutlicht, dass frühestens nach 2000 Jahren mit einer weitgehenden thermischen Regeneration des Reservoirs im Malm zu rechnen ist“.
Die Modellrechnung verdeutlicht aber auch das hohe Potenzial des Reservoirs: „Im vorliegenden Szenario kann zusammengefasst gesagt werden, dass im Betriebszeitraum von 50 Jahren erwartungsgemäß nur von einer geringen thermischen Beeinflussung des Nutzhorizontes auszugehen ist, da die erschlossene Malm-Mächtigkeit mehrere 100 Meter beträgt und somit ein ausreichend großes Wärmereservoir zur Wiedererwärmung des injizierten Wassers zur Verfügung steht. Exemplarisch zeigt … die radiale Kaltwasserausbreitung im Injektionshorizont zu diesem Zeitpunkt mit einem Radius von ca. 800&nbsp;m.“<ref>F. Wenroth, T. Fitzer, M. Gropius, B. Huber, A. Schubert: [http://www.geothermiekompetenz.de/cms/media/pdf/Veroeff-Waermebergbaugutachten.pdf ''Numerische 3D-Modellierung eines geohydrothermalen Dublettenbetriebs im Malmkarst''.] (PDF; 1,6&nbsp;MB) In:  {{Webarchiv|text=''Geothermische Energie 48/2005'' |url=http://www.geothermie.de/aktuelles/literatur/zeitschrift-geothermische-energie.html |wayback=20100213030940 |archiv-bot=2018-03-25 12:48:21 InternetArchiveBot }}, August 2005. Seite&nbsp;16–21.</ref>
 
==== Wärmetransport in dichtem Gestein ====
In dichtem Gestein kann die nachhaltige Entnahme ausschließlich aus dem Wärmestrom abgedeckt werden, der durch die Wärmeleitung geliefert wird. Der Wärmestrom hängt dann vom Wärmeleitkoeffizienten ab. Die Entnahme ist dann so zu gestalten, dass während der geplanten Betriebsdauer die Rücklauftemperatur nicht unter den Mindestwert absinkt, der durch das Nutzungskonzept bestimmt wird.
=== Emissionen ===
Durch Geothermie werden im Untergrund Schwefelverbindungen im Wasser ausgewaschen und gelöst. Wasser kann mit steigender Temperatur weniger vom [[Klimagas]] [[Kohlendioxid]] (CO<sub>2</sub>) halten.<ref>[https://web.archive.org/web/20100327114304/http://jcbmac.chem.brown.edu/myl/hen/carbondioxideHenry.html ''Carbon Dioxide Solubility in Water'']</ref> Diese in der Natur vorhandenen Gase CO<sub>2</sub> und [[Schwefelwasserstoff|H<sub>2</sub>S]] werden durch Geothermie in die Atmosphäre freigesetzt, sofern sie nicht technisch aufgefangen und abgeschieden werden wie mit der [[Aminwäsche]], die bei der [[Rauchgasentschwefelung]] oder im [[Direct air capture]] eingesetzt wird.<ref>Peter Viebahn, Juri Horst, Alexander Scholz, Ole Zelt: [https://www.energieforschung.de/lw_resource/datapool/systemfiles/elements/files/700186DA24E72BF7E0539A695E86E3AA/current/document/4.4_CO2-Abtrennung_aus_Faulgasen_und_Umgebungsluft.pdf ''Technologiebericht 4.4, Verfahren der CO2-Abtrennung aus Faulgasen und Umgebungsluft innerhalb des Forschungsprojekts TF_Energiewende.''] vom 29. März 2018 (PDF)</ref> Allerdings kann das kalte Wasser die heiß emittierten Gase erneut aufnehmen. Diese Gelegenheit wurde als kostengünstiges CCS seit 2007 am [[Hellisheiði-Kraftwerk]] genutzt und in Form der [[CarbFix]]-Projekte zunächst experimentell gestartet, zumal [[Basalt]] oft an für Geothermie nutzbaren Orten vorhanden ist.<ref>{{Webarchiv|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1750583619300568 |wayback=20191018074851 |text=Archivierte Kopie |archiv-bot=2020-08-25 09:40:05 InternetArchiveBot} }}</ref>
 
== Risiken ==
=== Risiken eines Geothermieprojekts für die Sicherheit ===
Die oberflächennahe Geothermie kann bei der Einhaltung des [[Stand der Technik|Standes der Technik]] und einer ausreichend intensiven Überwachung und Wartung so errichtet und betrieben werden, dass in der Regel keine erheblichen Risiken von solchen Anlagen ausgehen. Durch die stark angestiegene Verbreitung dieser Nutzungsform steigt jedoch auch entsprechend das Risiko von technischem Versagen wegen [[Übernutzung]] der Potenziale (im Anstrom steht eine nicht bekannte Anlage oder wird eine Anlage errichtet, die den Grundwasserstrom vorkühlt) oder von Fehlplanungen. Gleiches gilt für Mängel in der Bauausführung.
 
Die Nutzung tiefer Geothermie muss sehr sorgfältig geplant und durchgeführt werden, um die damit verbundenen Risiken im für eine Genehmigung zulässigen Bereich zu halten. Die Tiefbohrtätigkeiten werden daher von zahlreichen Behörden intensiv überwacht und setzen ein umfangreiches Genehmigungsverfahren voraus. So wird das gegebene Risiko als ''planbar herstellbar'' bezeichnet, wenn beispielsweise folgende Aspekte beachtet werden:
 
==== Risiken seismischer Ereignisse ====
Kleinere, kaum spürbare Erderschütterungen ([[Induzierte Seismizität]]) sind bei Projekten der tiefen Geothermie in der Stimulationsphase (Hochdruckstimulation) möglich. Im späteren Verlauf, soweit nur der Dampf entzogen wird und nicht reinjiziert wird, ist es durch Kontraktion des Speichergesteins zu Landabsenkungen gekommen (beispielsweise in Neuseeland, Island, Italien). Diese Probleme führten bereits zur Einstellung von Geothermieprojekten (beispielsweise ''Geysers-HDR-Project der AltaRock Energy Inc.<ref>''[[:en:AltaRock Energy#Status|AltaRock Energy § Status]]'' in der englischsprachigen Wikipedia</ref> Kalifornien 2009''<ref>[https://www.heise.de/newsticker/meldung/Geothermie-unter-Druck-886312.html ''Geothermie unter Druck: HDR Projekt innerhalb am Standort The Geysers in den USA wird eingestellt.''] heise-online, 15. Dezember 2009.</ref> und ''Kleinhüningen bei Basel 2009'').
 
Die Gesteine des [[Cooperbecken]]s in Australien gelten für wirtschaftliche Bohrtiefen und unabhängig von vulkanischer Aktivität als vergleichsweise heiß.<ref>[http://web.archive.org/web/20120206100949/http://www.geodynamics.com.au/irm/ShowStaticCategory.aspx?CategoryID=186 Economics of Geothermal Energy] geodynamics.com.au (25. Oktober 2007).</ref> Als das Reservoir angebohrt wurde, kam es zu einem kleinen Erdbeben mit einer [[Magnitude (Erdbeben)|Magnitude]] auf der [[Richterskala]] von&nbsp;3,7.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.iea.org/impagr/cip/pdf/Issue48Geothermal.pdf |wayback=20120609165615 |text=C. J. Bromley: ''Geothermal Energy from Fractured Reservoirs – Dealing with Induced Seismicity'' }} (PDF; 278&nbsp;kB) iea.org, ''IEA Open Journal 48'', S. 5, Heft 7/2007.</ref> Ein Tiefengeothermie-Projekt in [[Südkorea]] wird für ein Folgebeben der Stärke 5,5 verantwortlich gemacht.<ref>[[Spektrum.de|Spektrum]].de: ''[https://www.spektrum.de/news/geothermie-erdwaerme-ist-womoeglich-nicht-ohne-erdbebenrisiko-zu-haben/1634696 Wir lassen es unkontrollierbar beben'']</ref>
 
Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten seismischer Ereignisse und deren Intensität richtet sich stark nach den geologischen Gegebenheiten (beispielsweise wie [[Permeabilität (Geowissenschaften)|permeabel]] die wasserführende Gesteinsschicht ist) sowie nach der Art des Nutzungsverfahrens (beispielsweise mit welchem Druck das Wasser in das Gestein injiziert wird oder mit welchem Druck stimuliert wird).
 
Generell ist eine verlässliche Bewertung der Risiken durch tiefe Geothermie in Deutschland, speziell im tektonisch aktiven Oberrheingraben, nur begrenzt möglich, da dort bislang nur wenige langfristige Erfahrungswerte vorliegen; die Seismizitäten von Basel und Landau verdeutlichen, dass eine sorgfältige Planung und Ausführung für die Aufrechterhaltung der Sicherheit in einem Geothermieprojekt wichtig ist: Ob ''stärkere'' Schadensbeben durch Geothermie ausgelöst werden können, ist derzeit (Stand: 2015) umstritten, war aber die Grundlage für die Einstellung des Vorhabens in Basel. So führen stärkere Wahrnehmung, erhöhte Sensibilität sowie genauere Prüfungen zu Verzögerungen bei der Nutzung.<ref>[[Karl Urban (Journalist)|Karl Urban]], [[Deutschlandfunk]], 26. Januar 2015: ''Erdbebengefahr behindert den Ausbau.''[http://www.deutschlandfunk.de/erdwaerme-in-deutschland-erdbebengefahr-behindert-den-ausbau.676.de.html?dram:article_id=309801 deutschlandfunk.de]</ref>
 
===== Kleinhüningen bei Basel (2006) =====
Beim Bau des geplanten Geothermieprojektes [[Deep Heat Mining Basel]] in Kleinhüningen im Großraum [[Basel]]/Schweiz gab es von Dezember 2006 bis März 2007 fünf leichte Erschütterungen mit abnehmender Magnitude (von 3,4 bis 2,9). Dadurch entstanden leichte Gebäudeschäden, verletzt wurde niemand. Eine nachträgliche Risikoanalyse stellte fest, dass der Standort ungeeignet ist. Das Vorhaben wurde abgebrochen.
 
===== Landau in der Pfalz (2009) =====
Beim [[Geothermiekraftwerk Landau]] in [[Landau in der Pfalz]] hat es 2009 zwei leichte Erderschütterungen mit einer Stärke von ca. 2,5 auf der Richterskala gegeben<ref>{{Der Spiegel|ID=66970471|Titel=Das Beben von Landau|Jahr=2009|Nr=39}}</ref>, die jedoch nicht ursächlich mit dem Kraftwerk zusammenhängen sollen, wie ein Gerichtsgutachten 2014 feststelle.<ref>[http://www.daldrup.eu/aktuelles/2014-11-24-Gutachten-Beweissicherungsverfahren-Landau.pdf daldrup.eu]</ref>
 
Landau war ein zentraler Forschungsort der BMU-Projekte MAGS und MAGS2 (2010 bis 2016) zur Erforschung induzierter Seismiziät. Im Rahmen dieses Projektes wurden weitere Messstationen mit vorwiegend Forschungsaufgaben eingerichtet. Mit der Inbetriebnahme des Geothermiekraftwerkes Insheim 2012 werden diese beiden Kraftwerke gemeinsam überwacht.
 
Das Kraftwerk Landau wurde 2014 nach Wiederauftreten neuer Schäden stillgelegt. Danach gab es nur mehrere kurzzeitige Probebetriebe.
 
===== Potzham/Unterhaching bei München (2009) =====
Am 2. Februar 2009 wurden bei Potzham nahe München zwei Erdstöße der Stärke 1,7 und 2,2 auf der Richterskala gemessen. Potzham liegt in unmittelbarer Nähe des 2008 fertig gestellten Geothermiekraftwerks Unterhaching. Die gemessenen Erdstöße ereigneten sich ca. ein Jahr nach Inbetriebnahme dieses Kraftwerks.<ref>Erdbebendienst Bayern: [http://www.erdbeben-in-bayern.de/erdbebenkatalog/lokalbeben ''Erdbeben in Bayern seit dem Jahr 1390''].</ref> Aufgrund der großen Herdtiefe ist ein unmittelbarer Zusammenhang zum Geothermieprojekt Unterhaching jedoch fraglich. Weitere [[Mikrobeben]] wurden gem. Geophysikalischem Observatorium der Uni München in Fürstenfeldbruck dort nach der Installation weiterer Seismometer zwar beobachtet, sie lagen jedoch alle unter der Fühlbarkeitsgrenze. Auch die größten Ereignisse in Potzham lagen unterhalb der [[Richterskala#Einteilung der Skalenwerte|Fühlbarkeitsgrenze]] gemäß der Einteilung der [[Richterskala]]. Auch sie wurden daher mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht verspürt, sondern nur von Geräten aufgezeichnet.
 
===== Sittertobel bei St. Gallen (2013) =====
Beim [[Geothermieprojekt St. Gallen]] waren im Juli 2013 nach mehreren Erdstößen in 4&nbsp;km Tiefe bis zu einer Magnitude von 3,6<ref>{{Webarchiv|url=https://edit.seismo.ethz.ch/ |wayback=20141025054323 |text=Schweizerischer Erdbebendienst, Aktuelle Meldung am 20. Juli 2013 }}.</ref> die Bohrarbeiten für mehrere Wochen unterbrochen, um das Bohrloch zu stabilisieren.<ref name="nzz-118120102">{{Internetquelle | autor=Yannick Wiget | url=https://www.nzz.ch/schweiz/geothermiebohrungen-verursachen-erdbeben-1.18120102 | titel=Geothermieprojekt vorübergehend gestoppt | werk=nzz.ch | datum=2013-05-23 |abruf=2020-05-10}}</ref><ref name="nzz-118120389">{{Internetquelle | autor=Sarah Nowotny | url=https://www.nzz.ch/nzzas/nzz-am-sonntag/der-geothermie-droht-das-aus-1.18120389 | titel=Der Geothermie droht das Aus | werk=nzz.ch | datum=2013-07-20 |abruf=2020-05-10}}</ref> Das Projekt erwies sich später aufgrund einer zu geringen gemessenen Förderrate als nicht wirtschaftlich und wurde eingestellt.
 
===== Poing bei München (2016, 2017) =====
Am 7.&nbsp;Dezember 2016 um 6:28&nbsp;Uhr gab es ein deutlich spürbares Erdbeben in Poing, Bayern. Die [[Richterskala|Magnitude]] betrug 2,1, und die [[Medwedew-Sponheuer-Kárník-Skala|MSK-Intensität]] wurde mit 3,5 angegeben.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.erdbeben-in-bayern.de/erdbebenkatalog/lokalbeben/ |titel=Erdbeben in Bayern seit dem Jahr 1390 |hrsg=LMU München |abruf=2017-09-10}}</ref> Am 20.&nbsp;Dezember 2016 ereignete sich gegen 4:30&nbsp;Uhr in [[Poing]] ein weiteres Beben der Magnitude 2,1.<ref name="sz_2016-12-29">{{Internetquelle |autor=Barbara Mooser |url=http://www.sueddeutsche.de/muenchen/geothermie-warum-in-poing-die-erde-bebt-1.3312381 |titel=Warum in Poing die Erde bebt |hrsg=[[Süddeutsche Zeitung]] |datum=2016-12-29 |abruf=2016-12-29}}</ref> Aus Sicht von einigen Forschern kommt als Ursache die Geothermieanlage in Poing in Betracht.<ref name="sz_2016-12-29" /> Seismische Messungen haben sogar sechs Erdbeben bei Poing in den beiden Monaten November bis Mitte Dezember 2016 aufgezeichnet, wovon allerdings vier unterhalb der Fühlbarkeitsgrenze lagen. Seit den 1990er Jahren können Erdbeben in ganz Deutschland ab einer Magnitude von 2 zuverlässig registriert und zugeordnet werden. Bis zu den Ereignissen durch die Geothermie wurden nur wenige, kaum spürbare Beben im Großraum München registriert. Seit dem 14.&nbsp;Dezember 2016 ist in Poing im Bereich der Geothermie eine weitere seismologische Station in Betrieb. Sie dient der Erfassung der Schwingungsimmissionen (Schwinggeschwindigkeiten), denn nur diese können zur Beurteilung einer möglichen Schadenswirkung herangezogen werden. Hier ist der Anhaltswert nach DIN&nbsp;4150-3 5mm/s. Bei Schwinggeschwindigkeiten unterhalb dieses Wertes sind auch kleine (kosmetische) Schäden an Gebäuden ausgeschlossen.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.tiefegeothermie.de/news/interview-zu-den-seismischen-ereignissen-in-poing |titel=Interview zu den seismischen Ereignissen in Poing |abruf=2017-09-10}}</ref>
 
Am 9.&nbsp;September 2017 wurde gegen 18:20&nbsp;Uhr ein erneutes Erdbeben in Poing von vielen Menschen gespürt.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.erdbeben-in-bayern.de/aktuelle-beben/presse/erneutes-erdbeben-bei-poing/ |titel=Erneutes Erdbeben bei Poing |abruf=2017-09-10}}</ref> Laut dem Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam hatte das Beben eine Magnitude von 2,4 nach Richter und wurde in einer Tiefe von zwei Kilometern ausgelöst.<ref name="sz_2017-09-10">{{Internetquelle |autor=Barbara Mooser |url=http://www.sueddeutsche.de/muenchen/ebersberg-in-poing-bebte-erneut-die-erde-1.3660641 |titel=In Poing bebte erneut die Erde |hrsg=www.sueddeutsche.de |datum=2017-09-10 |abruf=2017-09-10}}</ref> Der Bayerische Erdbebendienst gibt die Magnitude mit 2,1 nach Richter, und die Tiefe mit 3&nbsp;km an.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.erdbeben-in-bayern.de/aktuelle-beben/ |titel=Aktuelle Beben |abruf=2017-09-12}}</ref> Die gemessene Schwinggeschwindigkeit betrug 1,6&nbsp;mm/s, was Schäden an Gebäuden ausschließt. Die Tiefe, in der in Poing Geothermie betrieben wird, beträgt ebenfalls 3&nbsp;km.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.bayernwerk.de/content/dam/revu-global/bayernwerk/documents/kommunen/BAGN_Referenz_Poing.pdf |titel=Langjährige Erfahrung mit erfolgreichen Referenzen – Geothermie-Heizwerk Poing |hrsg=Bayernwerk Natur |abruf=2017-09-12 |format=PDF |sprache=de}}</ref> Dabei werden etwa 100 Liter pro Sekunde aus der Förderbohrung am westlichen Ortsausgang entnommen und nach Nutzung und Abkühlung in die Reinjektionsbohrung an der Plieninger Gemeindegrenze zurück geleitet.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.poing.de/bauen-umwelt/energie-klima/geothermie-fernwaerme.html |titel=Geothermie & Fernwärme – Energielieferanten in Poing: Fernwärmenetz |hrsg=Gemeinde Poing |abruf=2017-09-12 |sprache=de}}</ref>
 
Obwohl ein Erdbeben mit Magnituden 2–3 eigentlich generell nur sehr schwach gespürt wird, beschreiben die Menschen in Poing einen lauten Knall bzw. Donner, verbunden mit einer Erschütterung, die sich anfühlt, als würde sich der komplette Boden wie durch eine Welle anheben. Andere beschrieben ein Gefühl, als sei in der Nachbarschaft etwas explodiert.<ref name="sz_2017-09-10" /> Der Grund für den Knall und das deutliche Spüren des Bebens dürfte in der vergleichsweise geringen Herdtiefe des Bebens (nur ca. 2–3&nbsp;km) liegen. Grundsätzlich werden seismische Ereignisse, die mit einem Knall verbunden sind als beängstigender empfunden als gleichstarke Ereignisse ohne Knall. Auf mögliche Gebäudeschäden hingegen hat der Knall keinen Einfluss. Zwei Tage nach dem Erdbeben hat die Bayernwerk AG die Geothermieanlage vorübergehend für ein paar Wochen abgeschaltet. Dies geschah auf Drängen des Poinger Bürgermeisters und ohne Schuldeingeständnis des Betreibers.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.sueddeutsche.de/muenchen/poing-poing-schaltet-nach-erdbeben-die-geothermie-ab-1.3662706 |titel=Nach Erdbeben wird in Poing die Geothermie abgeschaltet |abruf=2017-09-12}}</ref> Man will die Ergebnisse eines bereits im vergangenen Jahr beauftragten Gutachtens des Leibniz Instituts für Angewandte Geophysik (LIAG) abwarten, bevor über das weitere Vorgehen entscheiden werde.<ref>{{Internetquelle |autor=Paul Winterer |url=https://www.welt.de/regionales/bayern/article168918052/Poing-wartet-auf-das-Erdbeben-Gutachten.html |titel=Poing wartet auf das Erdbeben-Gutachten |hrsg=Welt |datum=2017-09-22 |abruf=2017-09-27 |sprache=de}}</ref> Das Poinger Erdbeben hatte zur Folge, dass 2018 im nahe gelegenen [[Puchheim]] ein Bürgerentscheid mit deutlicher Mehrheit dort den Bau einer Geothermie-Anlage ablehnte.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.sueddeutsche.de/muenchen/ebersberg/geothermie-poinger-erdbeben-hat-folgen-in-puchheim-1.4066244 |titel=Poinger Erdbeben hat Folgen in Puchheim |werk=www.sueddeutsche.de |datum=2018-07-23 |abruf=2018-07-24}}</ref> Laut einem Gutachten können die in Poing verspürten Beben nicht für die reklamierten Gebäudeschäden verantwortlich gemacht werden.<ref>{{Internetquelle |autor=Barbara Mooser |url=https://www.sueddeutsche.de/muenchen/erding/poing-gutachter-sehen-erdbeben-nicht-als-ursache-fuer-risse-1.4045963 |titel=Gutachter sehen Erdbeben nicht als Ursache für Risse |hrsg=Süddeutsche Zeitung |datum=2018-07-08 |abruf=2018-08-06}}</ref>
 
==== Schäden an Gebäuden und Infrastruktur ====
Da bei der oberflächennahen Geothermie, wenn die Wärmeenergie dem Untergrund durch geschlossene Erdsonden entnommen wird, dem Untergrund kein Wasser entzogen wird (wie bei einem Brunnen) und auch kein Wasser eingeleitet wird, ist bei ordnungsgemäßer Ausführung nicht mit Senkungen oder Hebungen der Erdoberfläche zu rechnen, somit auch nicht mit Gebäudeschäden. Wenn dennoch gelegentlich derartige Probleme auftraten, so ist dies durchweg auf eine unsachgemäße Durchführung der Flachbohrungen zurückzuführen. Hier haben dann die Flachbohrungen der Geothermie dieselben Risiken wie Flachbohrungen für andere Zwecke wie Baugrunderkundung, Geotechnik oder Gründung von Bauwerken.
 
Im Jahr 2012 existierten in Deutschland nahezu 300.000 Installationen oberflächennaher Nutzung von Geothermie. Jährlich kommen etwa 40.000 neue dazu. In einigen Fällen sind Probleme aufgetreten, die jedoch vor allem einen Bedarf an verbesserter Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung aufgezeigt haben.
 
Als herausragend ist in diesem Zusammenhang der massive Schadensfall von Staufen zu nennen. Dieser und weitere Problemfälle sind nachfolgend aufgeführt; die Stadt [[Freiburg im Breisgau|Freiburg]] hat in der Folge ihre Auflagen zur Nutzung oberflächennaher Geothermie verschärft, sie sind jetzt genehmigungspflichtig. Im Jahr 2008 hatte es dort in zwei Fällen Probleme mit Sondenbohrungen gegeben: In einem Fall war ein Abwasserkanal beschädigt worden, in einem anderen Fall sprudelte aus einer versiegten Quelle dreckiges Wasser heraus.<ref>[http://www.badische-zeitung.de/freiburg/freiburg-verschaerft-auflagen-fuer-geothermie-projekte--28420155.html Beate Beule: ''Restrisiko – Freiburg verschärft Auflagen für Geothermie-Projekte''.] In: ''[[Badische Zeitung]]'', Lokales, Freiburg, 16. März 2010 (17. Oktober 2010)</ref><ref>[http://www.badische-zeitung.de/suedwest-1/ein-traum-ist-geplatzt-x2x badische-zeitung.de, Nachrichten, Südwest, 26. Februar 2010, Bastian Henning: ''Ein Traum ist geplatzt – Basel, Staufen und Schorndorf in Schwaben haben das Vertrauen in die Geothermie erschüttert''] (17. Oktober 2010).</ref>
 
===== Böblingen =====
In Böblingen zeigen sich seit 2009 in nun 80 Häusern immer größer werdende Risse. Ein Zusammenhang mit den Erdwärmesondenbohrungen ist noch nicht nachgewiesen, jedoch liegt ein Verdacht gegen ältere Sondenbohrungen durch Anhydrit-Quellen im [[Gipskeuper]] vor.<ref>[[Badische Zeitung]], 25. Oktober 2013, Wenke Böhm/dpa: [http://www.badische-zeitung.de/nach-erdwaermebohrung-in-boeblingen-hebt-sich-die-erde#kommentare badische-zeitung.de: ''Nach Erdwärmebohrung: In Böblingen hebt sich die Erde''] (25. Oktober 2013).</ref><ref>''Informationsseite rund um das Thema „die ERDE HEBT SICH in Böblingen“'': [http://www.erde-hebt-sich.de/ erde-hebt-sich.de] (25. Oktober 2013).</ref>
 
===== Kamen-Wasserkurl =====
In [[Kamen]] haben sich nach Erdwärmebohrungen zur Erschließung oberflächennaher Geothermie im Juli 2009 mehrere Tage lang die Häuser gesetzt. „Die Ursache, warum in Kamen-Wasserkurl 48 Kubikmeter Boden plötzlich in einem Loch verschwanden, ist geklärt: Erdwärmebohrungen vergrößerten bereits vorhandene Risse im Felsgestein. Die Schuldfrage kann indes nur in einem langwierigen Rechtsverfahren geklärt werden.“<ref>{{Internetquelle| autor=K.-P. Wolter | url=http://www.derwesten.de/staedte/nachrichten-aus-unna-kamen-bergkamen-holzwickede-und-boenen/ursache-fuer-kamener-erdrutsch-gefunden-id59024.html | titel=Ursache für Kamener Erdrutsch gefunden | werk=derwesten.de | datum=2009-09-24 | abruf=2020-11-22| archiv-url=http://web.archive.org/web/20160705101345/http://www.derwesten.de/staedte/nachrichten-aus-unna-kamen-bergkamen-holzwickede-und-boenen/ursache-fuer-kamener-erdrutsch-gefunden-id59024.html| archiv-datum=2016-07-05| abruf-verborgen=1}}</ref><ref>{{Internetquelle| autor=K.-P. Wolter | url=http://www.derwesten.de/staedte/nachrichten-aus-unna-kamen-bergkamen-holzwickede-und-boenen/grobe-fahrlaessigkeit-beim-erdrutsch-von-wasserkurl-id2278280.html | titel=Grobe Fahrlässigkeit beim Erdrutsch von Wasserkurl | werk=derwesten.de | datum=2009-12-18 | abruf=2020-11-22| archiv-url=http://web.archive.org/web/20160705101347/http://www.derwesten.de/staedte/nachrichten-aus-unna-kamen-bergkamen-holzwickede-und-boenen/grobe-fahrlaessigkeit-beim-erdrutsch-von-wasserkurl-id2278280.html| archiv-datum=2016-07-05| abruf-verborgen=1}}</ref>
 
===== Leonberg-Eltingen =====
Im Jahr 2011 führten Probebohrungen in 80 Metern Tiefe im [[Leonberg]]er Stadtteil [[Eltingen]] zu Rissen an ungefähr 25 Häusern. Auch hier hatte abfließendes Grundwasser zu Senkungen geführt. Im Jahr 2012 wurden die Bohrungen mit Zement abgedichtet.<ref>Marius Venturini: ''[http://www.stuttgarter-zeitung.de/inhalt.leonberg-landratsamt-gibt-gruenes-licht-fuer-geschaedigte.0ba890a6-2dfc-4e2b-893f-e83b47a1a728.html Leonberg: Landratsamt gibt grünes Licht für Geschädigte]'', stuttgarter-zeitung.de, 21. September 2012, abgerufen am 1. April 2013.</ref>
 
===== Rottenburg-Wurmlingen =====
Im Jahr 2002 waren im Kapellenweg in [[Rottenburg am Neckar|Rottenburger]] Stadtteil [[Wurmlingen (Rottenburg)|Wurmlingen]] Bohrungen durchgeführt worden.<ref>''[http://www.tuebinger-wochenblatt.de/tue/page/detail.php/3073433 In Wurmlingen bricht der Boden weg]'', tuebinger-wochenblatt.de, 30. August 2012, abgerufen am 1. April 2013.</ref> 2011 musste der Weg für den Durchgangsverkehr gesperrt werden, da sich darin große Löcher befanden. Zudem wurden mehrere Gebäude beschädigt. Die Ursache liegt auch hier in der Gipskeuperschicht begründet, die durch Grund- oder Regenwasser langsam ausgewaschen wird und damit ein Absenken des Bodens bewirkt.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.tagblatt.de/Home/nachrichten/rottenburg_artikel,-Gutachten-Erdwaermebohrungen-loesten-Erdsenkungen-nicht-aus-_arid,183953.html |wayback=20120920084859 |text=''Gutachten: Erdwärmebohrungen lösten Erdsenkungen nicht aus'' }}, tagblatt.de, 16. August 2012, abgerufen am 1. April 2013.</ref>
 
===== Rudersberg-Zumhof =====
In Zumhof, einem Dorf der Gemeinde [[Rudersberg]] im Rems-Murr-Kreis, wurden in den Jahren 2007 und 2009 Bohrungen für 20 Erdwärmesonden niedergebracht. Bei einer zusätzlichen Bohrung, die nicht mit Zement abgedichtet war, brach das Bohrgestänge ab. Im Oktober 2012 betrug die Hebungsgeschwindigkeit infolge des Gipskeuperquellens dort 7 Millimeter pro Monat.<ref>Landratsamt Rems-Murr-Kreis: {{Webarchiv|text=''Geländehebungen in Rudersberg setzen sich noch fort'' |url=http://www.rems-murr-kreis.de/2355_DEU_WWW.php?&publish%5Bid%5D=284754&publish%5Bstart%5D= |wayback=20150415223334 }}, Pressemeldung, 26. Oktober 2012, abgerufen am 1. April 2013.</ref> Die schadhaften Bohrungen werden seit März 2013<ref name="hillinger">Oliver Hillinger: ''[http://www.stuttgarter-zeitung.de/inhalt.rudersberg-praezise-reparaturen-im-gips.ae975cc8-c3be-4664-99ef-ba1d5f955ff5.html Rudersberg: Präzise Reparaturen im Gips]'', stuttgarter-zeitung.de, 12. März 2013, abgerufen am 1. April 2013.</ref> zur Sanierung überbohrt und sollen anschließend mit Ton verschlossen werden, nachdem man das Bohrgestänge geborgen hat. Zudem soll Grundwasser abgepumpt werden.<ref>Landratsamt Rems-Murr-Kreis: {{Webarchiv|text=''Problemlösung für Geländehebungen in Zumhof jetzt in greifbarer Nähe'' |url=http://www.rems-murr-kreis.de/5784_DEU_WWW.php?&publish%5Bid%5D=293377&publish%5Bstart%5D= |wayback=20150416005208 }}, Pressemeldung, 19. Februar 2013, abgerufen am 1. April 2013.</ref> Das Bohrunternehmen schloss einen Vertrag mit dem zuständigen Landratsamt, damit dessen Versicherung die Reparatur bezahlen kann. Die Geschädigten müssen indes direkt gegen das Unternehmen klagen.<ref name="hillinger" />
 
===== Schorndorf =====
In [[Schorndorf]] im Rems-Murr-Kreis sank nach Geothermiebohrungen in 115 Metern Tiefe im Jahr 2008 der Grundwasserspiegel ab, da die Bohrungen ein Abfließen in tiefere Gesteinsschichten bewirkt haben. Das dadurch fehlende Volumen führte zu einer Senkung der Erdoberfläche, die die Keplerschule sowie ein knappes Dutzend Privathäuser beschädigte.<ref>Armin Kübler: ''[http://www.schwaebische.de/region/wir-im-sueden/baden-wuerttemberg_artikel,-Geothermie-birgt-noch-immer-Risiken-_arid,4046809.html Geothermie birgt noch immer Risiken]'', schwaebische.de, 10. Februar 2011, abgerufen am 1. April 2013.</ref>
 
===== Staufen im Breisgau =====
{{Hauptartikel|Geothermie-Bohrungen in Staufen im Breisgau}}
 
In [[Staufen im Breisgau#Hebungsrisse|Staufen]] traten im Jahr 2008 nach dem [[Abteufen]] mehrerer Erdwärmesonden (mit je ca. 140&nbsp;m Tiefe), zur Beheizung unter anderem des Rathauses, erhebliche kleinräumige Hebungen von bis zu 20&nbsp;cm im bebauten Stadtgebiet auf, die zu großen Zerrungen und Stauchungen bzw. Schiefstellungen an Gebäuden führten. Über 200 Häuser wurden dabei erheblich beschädigt. Die Ursache ist eine Reaktion von Wasser mit [[Anhydrit]] (wasserfreier, dehydrierter [[Gips]]).<ref name="SPON-589944">{{Internetquelle|autor=Jens Lubbadeh |url=https://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/nach-erdwaerme-bohrung-eine-stadt-zerreisst-a-589944.html |titel=Nach Erdwärme-Bohrung: Eine Stadt zerreißt |werk=[[Spiegel Online]] |datum=2008-11-15 |abruf=2020-05-10}}</ref> Durch die Umwandlung von Anhydrit zu Gips nimmt das Gestein Kristallwasser auf, wodurch es an Volumen zunimmt. Geschieht dies großflächig, so wird die Ausdehnung ggf. zur Tagesoberfläche übertragen und führt dort zu punktuellen Hebungen, wodurch die Tagesoberfläche deformiert wird. Dadurch entstehen Risse an den betroffenen Häusern. Das Problem des Aufquellens von Anhydrit bei der Umwandlung zu Gips ist aus dem Tunnelbau und dem Tiefbau bekannt und hängt von den regionalen geologischen Bedingungen ab (beispielsweise im sog. [[Gipskeuper]] Südwestdeutschlands).
 
Schadensursache sind auch ungenügende geologische Recherchen (Kosteneinsparung) und zu große Bohrneigung durch „preiswerte Bohrungen“ (Kosteneinsparungen). Hier wurde an falscher Stelle gespart.
 
Die Umwandlung von Anhydrit zu Gips ist auch ein natürlicher Prozess, immer wenn ein Anhydrit-haltiges Gestein innerhalb der [[Verwitterung]]szone mit Oberflächenwasser, Niederschlagswasser bzw. Grundwasser in Kontakt kommt ([[Hydratationsverwitterung]]). Ab einer bestimmten Tiefe in der Erdkruste sind die Druck- und Temperaturverhältnisse so hoch, dass eine Kristallumwandlung trotz Wasserkontakt nicht mehr eintritt.
 
Mitte 2013 wurde das erste Haus abgerissen. 270 Häuser wurden beschädigt. Der Schaden wird mit 50&nbsp;Mio.&nbsp;€ bewertet. Bis Mitte 2013 wurden 7,5&nbsp;Mio.&nbsp;€ für den Schadensausgleich verwendet, an dem sich auch das Land Baden-Württemberg und der kommunale Finanzausgleich beteiligt haben.<ref>{{Internetquelle|autor= |url=https://www.schwaebische.de/sueden/baden-wuerttemberg_artikel,-staufener-geothermie-bringt-erstes-haus-zu-fall-_arid,5478331.html |titel=Staufener Geothermie bringt erstes Haus zu Fall |werk=schwaebische.de |datum=2013-08-04 |abruf=2020-05-10}}</ref>
 
==== Allgemeine Risiken ====
Bei der Förderung von Thermalfluiden ([[Wasser]]/[[Gas]]) stellen ggf. die Inhaltsstoffe des geförderten Lagerstättenwassers eine Umweltgefahr dar, falls das Fluid nicht gereinigt oder überprüft wird. Die Reinjektion der Thermalfluide erfolgt in Deutschland jedoch bei allen Geothermieanlagen, so dass dies nur ein theoretisches Risiko ist.
 
Im Bereich der oberflächennahen Geothermie besteht das Risiko, bei Nutzung eines tieferen [[Grundwasserleiter]]s den trennenden [[Grundwassernichtleiter]] derart zu durchstoßen, dass ein die Grundwasserstockwerke verbindendes Fenster entsteht, mit der möglichen Folge nicht erwünschter Druckausgleiche und Mischungen. Bei einer ordnungsgemäßen Ausführung der Erdwärmesonde wird dies allerdings zuverlässig verhindert. Es wurden nach entsprechenden Schadensfällen ausführliche Richtlinien zur Qualitätssicherung eingerichtet, um diesem Risiko zu begegnen.
 
Ein weiteres potenzielles Risiko bei einer Geothermiebohrung ist das Anbohren von [[Artesischer Brunnen|Artesern]]. Bei unsachgemäßer Bohrausführung kann es zum spontanen Austritt von [[Grundwasser]] am Bohransatzpunkt und zu einer kleinräumigen Überschwemmung kommen.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.rp-online.de/panorama/deutschland/Wasser-sprudelt-immer-noch_aid_779829.html |wayback=20091108131427 |text=Zum Beispiel jüngst Arteser am hessischen Finanzministerium Wiesbaden }}, [http://www.mz-web.de/servlet/ContentServer?pagename=ksta/page&atype=ksArtikel&aid=1257668362655&openMenu=1013083806405&calledPageId=1013083806405&listid=1018881578737 der nach einiger Zeit mit Zement ausreichender Dichte geschlossen wurde].</ref>
 
Auch gespannte (unter Überdruck stehende) Gase können unvermutet von einer Tiefbohrung angetroffen werden und in die Bohrspülung eintreten. Denkbar sind Erdgas, Kohlendioxid oder auch Stickstoff. Solche Gaseintritte sind meistens nicht wirtschaftlich verwertbar. Gaseintritten ist bohrtechnisch durch entsprechende Maßnahmen zu begegnen, wie sie für Tiefbohrungen vorgeschrieben sind. Der Fall St. Gallen hat die Wirksamkeit dieser Maßnahmen bestätigt.
 
==== Regeln der Technik zur Minimierung der Risiken ====
Zur Beherrschung des Problems Induzierte Seismizität hat der GtV-Bundesverband Geothermie mit Hilfe einer internationalen Forschergruppe ein Positionspapier erarbeitet, das als Hauptteil umfangreiche Handlungsanweisungen zur Beherrschung der Seismizität bei Geothermieprojekten vorschlägt.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.geothermie.de/fileadmin/useruploads/aktuelles/Aktuelles/GtV_Positionspapier_Seismizitaet_deutsch_220710.pdf |wayback=20101223170600 |text=Positionspapier Seismizität }} (PDF; 100&nbsp;kB)</ref>
 
Im Zusammenhang mit Gebäudeschäden in der Stadt [[Staufen im Breisgau|Staufen]] ist eine Diskussion um Risiken der oberflächennahen Geothermie entbrannt. Untersuchungen dazu, ob das Aufquellen von [[Anhydrit]] die Ursache sein könnte, wurden inzwischen beauftragt. Das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau in Freiburg hat als Konsequenz empfohlen, bei Gips- oder Anhydritvorkommen im Untergrund auf Erdwärmebohrungen zu verzichten.<ref>Staatsanzeiger Nr&nbsp;6 vom 20. Februar 2009, S.&nbsp;13.</ref> Da ganz geringe Mengen an Gips/Anhydrit bei etwa zwei Drittel der Fläche des Landes vorkommen können, deren genaue Verbreitung aber weitgehend unbekannt ist, wurde diese Vorgehensweise von der Geothermie-Industrie als überzogen kritisiert.<ref>Modernisierungsmagazin 1–2, 2009, S.&nbsp;9.</ref>
 
==== Baden-Württemberg ====
Nach zumindest in zeitlichem Zusammenhang mit Erdwärmenutzungs-Sondierungen aufgetretenen Erdabsenkungen in [[Leonberg]] und [[Renningen]] (beide im baden-württembergischen [[Landkreis Böblingen]]) reduzierte das Landes-Umweltministerium die maximale Bohrtiefe für die oberflächennahe Geothermie: die Bohrungen dürfen nur mehr bis zur obersten [[Grundwasserleiter|Grundwasser führenden Schicht]] niedergebracht werden.<ref>{{Internetquelle|autor=Wulf Rüskamp |url=http://www.badische-zeitung.de/suedwest-1/neue-vorgaben-fuer-erdwaerme-bohrungen--48679299.html |titel=Neue Vorgaben für Erdwärme-Bohrungen |werk=badische-zeitung.de |datum=2017-10-05 |abruf=2020-05-10}}</ref><ref>[[Backnanger Kreiszeitung]], 8. September 2011, [http://www.bkz-online.de/node/302963 bkz-online.de: ''Neue Grenze bei Erdwärmebohrung'']. (10. September 2011).</ref>
 
Im März 2015 stellte das [[Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau]] das [[Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für Baden-Württemberg]] (ISONG) online zur Verfügung,<ref>{{Internetquelle|autor=Bernward Janzing |url=http://www.badische-zeitung.de/wirtschaft-3/bohren-in-einem-schwierigen-umfeld--101468515.html |titel=Bohren in einem schwierigen Umfeld - Wirtschaft - Badische Zeitung |werk=badische-zeitung.de |datum=2015-03-07 |abruf=2020-05-10}}</ref> es soll einer besseren Risikoabschätzung und Gefahrenminimierung im Zusammenhang mit der Erkundung und Nutzung der Geothermie dienen sowie „erste Informationen zur Planung von [[Erdwärmesonde]]n bis max. 400&nbsp;m Tiefe“ liefern.<ref>[[lgrb-bw.de]]: [http://www.lgrb-bw.de/informationssysteme/geoanwendungen/isong ''Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für Baden-Württemberg''] ([[ISONG]])</ref>
{{Siehe auch|Hebungsrisse in Staufen im Breisgau}}
Hinweise, wie eine sichere Geothermiebohrung hergestellt werden kann, findet man im Leitfaden zur Nutzung von Erdwärme mit Erdwärmesonden des Umweltministeriums Baden-Württemberg.<ref>{{Webarchiv | url=http://www.lgrb.uni-freiburg.de/lgrb/download_pool/Leitfaden_-_Nutzung_von_Erdwaerme.pdf | wayback=20070108193827 | text=Leitfaden zur Nutzung von Erdwärme mit Erdwärmesonden des Umweltministeriums Baden-Württemberg}} (PDF; 4,8&nbsp;MB).</ref>
 
=== Risiken für die Wirtschaftlichkeit eines Geothermieprojekts ===
==== Politische Risiken ====
Politische Risiken bestehen grundsätzlich darin, dass die politisch vorgegebenen Rahmenbedingungen während der Projektlaufzeit geändert werden. Das derzeit (2017) größte politische Risiko ist das neue Gesetz zur Standortsicherung von Anlagen zur Entsorgung radioaktiver Abfälle (StandAG). Dieses Gesetz geht in einer ersten Phase, deren Dauer unbestimmt ist, von einer 'weißen Landkarte' aus, das heißt, alle Standorte sind für ein nukleares Endlager reserviert und dürfen nicht anderweitig, also auch nicht geothermisch, genutzt werden. Dies ist ein De-facto-Verbot für Geothermie mit Bohrtiefen größer 200&nbsp;m. Genehmigungen können nur in einem langwierigen Verfahren mit noch nicht arbeitsfähigen Behörden erworben werden.
 
==== Wirtschaftlichkeitrisiken eines oberflächennahen Projekts ====
Bei der oberflächennahen Geothermie besteht das größte Risiko in einer Übernutzung der Geothermiepotentiale. Wenn benachbarte Geothermieanlagen sich gegenseitig beeinflussen, kann die Vorlauftemperatur der im Abstrom des Grundwassers gelegenen Anlage so weit abgesenkt werden, dass die [[Wärmepumpe]] nur noch mit einer sehr ungünstigen Leistungszahl betrieben werden kann. Dann heizt der Nutzer im Grunde genommen mit Strom und nicht mit Erdwärme. Das Tückische daran ist, dass die Fläche im Anstrom des Grundwassers, in der eine Errichtung einer weiteren Anlage zu einer zusätzlichen erheblichen Absenkung der Temperatur des Grundwassers für die betroffene Anlage führt, sehr groß sein kann und es für den Betreiber schwierig ist, die Ursache hierfür zu erkennen. Er wird das wahrscheinlich nur merken, wenn er den außentemperaturbereinigten Stromverbrauch ins Verhältnis zur genutzten Wärmemenge setzt, um so die Leistungszahl beobachten zu können. Das erfordert aber die Kenntnis der mittleren wirksamen Außentemperatur und der im Haus abgegebenen Wärmemenge und bedarf eines großen Messaufwandes.
 
==== Wirtschaftlichkeitsrisiken eines tiefen Projekts ====
Bei der tiefen Geothermie sind vor allem das Fündigkeitsrisiko und das Umsetzungsrisiko zu beachten.
 
Die Risiken können beim Eintreten des Schadensfalls zu einer Unwirtschaftlichkeit des Vorhabens führen. Um das Scheitern von Geothermieprojekten zu verhindern, bietet die öffentliche Hand für Kommunen Bürgschaften an (beispielsweise durch die [[KfW Bankengruppe|KfW]]), die wirksam werden, wenn zum Beispiel in einer Bohrung einer bestimmten kalkulierten Tiefe kein heißes Tiefenwasser nach einer Tiefenwasser-Schüttung in ausreichender Menge gefördert werden kann. Auch einige große Versicherungen bieten solche Versicherungsprodukte an.
 
===== Fündigkeitsrisiko =====
Das Fündigkeitsrisiko ist das Risiko bei der Erschließung eines geothermischen Reservoirs, Thermalwasser aufgrund fehlkalkulierter Prognosen über die benötigte Tiefe der Bohrung nicht in ausreichender Quantität oder Qualität fördern zu können.
 
Ab einer gewissen Tiefe wird das geothermische Potenzial immer erschlossen, jedoch steigen mit zunehmender Tiefe die Bohrkosten überproportional und es wird mehr und spezielleres Know-how nötig. Sind die verfügbaren Mittel und damit die Bohrtiefe (etwa auf wenige Kilometer) eng begrenzt, muss unter Umständen das ganze Bohrprojekt wenige hundert Meter vor einem nutzbaren Wärmereservoir für eine Tiefenwasser-Schüttung abgebrochen werden.
 
Die Quantität definiert sich dabei aus Temperatur und Förderrate.
Die Qualität beschreibt die Zusammensetzung des Wassers, die sich beispielsweise durch Salinität oder Gasanteile ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit auswirken kann, jedoch weitgehend betriebstechnisch beherrschbar ist.<ref>[http://www.geothermie.de/wissenswelt/glossar-lexikon/f/fuendigkeitsrisiko.html Bundesverband Geothermie: Wissenswelt – Lexikon der Geothermie ''Fündigkeitsrisiko''].</ref> Um das Fündigkeitsrisiko für den Investor abzufedern, werden mittlerweile Fündigkeitsversicherungen auf dem Versicherungsmarkt angeboten.
 
===== Umsetzungsrisiko =====
* Beim Projekt [[SuperC#Geothermiebohrung RWTH-1 für das SuperC-Gebäude|SuperC an der RWTH Aachen]] gab es erhebliche Probleme bei der technischen Installation unter Tage, die aber zwischenzeitlich behoben sind.
* Das Projekt bei der [[Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe]] wurde unterbrochen, da eine geologisch überraschende Situation zur Verstopfung des Bohrlochs mit ausgefälltem Steinsalz führte.<ref>{{Internetquelle|autor=Michael Engel |url=http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/1633561/ |titel= Das verstopfte Bohrloch |werk=dradio.de |datum=2011-12-20 |abruf=2020-05-10}}</ref>
 
===== Betriebsrisiko =====
Während des Betriebes können Prozesse zu Einwirkungen auf das Projekt führen, die den Wärmeertrag so mindern, dass unplanmäßige Wartungsarbeiten erforderlich werden (beispielsweise Auflösungen von Kristallbildungen durch Säuerung). Da dann meistens teure Bohrausrüstungen angemietet und Fachleute bezahlt werden müssen, kann das zur Unwirtschaftlichkeit des Gesamtvorhabens führen.
 
==== Konkurrierende Nutzung ====
Konkurrierende Nutzung zur Tiefengeothermie können Projekte der [[Erdölförderung in Deutschland|Kohlenwasserstoffförderung]] oder -speicherung darstellen. Vor allem der starke Ausbau von [[Untergrundspeicher|Untertage-Gasspeichern]] steht in einigen Regionen Deutschlands (Molasse, norddeutsche Ebene, Rheintalgraben) in direkter Konkurrenz zu tiefengeothermischen Projekten. Aktuell in der Diskussion ist auch die Nutzungskonkurrenz durch die Absicht großer Kohlekraftwerksbetreiber und der Industrie, verflüssigtes CO<sub>2</sub> in den Untergrund zu Verpressen ([[CO2-Abscheidung und -Speicherung|CCS-Technologie]]). Die RWE Dea AG hat dazu bereits die Hälfte des Landes Schleswig-Holstein bergrechtlich reserviert. Sollte es zu einer Untersuchungsgenehmigung kommen, so wäre dieser Bereich für die Aufsuchung und Nutzung von Erdwärme ausgeschlossen.<ref>[http://www.geothermie.de/aktuelles/presse/2010/2010-08-28.html Verbändeanhörung im BMWi am 27. August 2010 zeigt erhebliche Widerstände gegen neuen Anlauf für CCS-Gesetz.].</ref>


== Siehe auch ==
== Siehe auch ==
* {{WikipediaDE|Physiokraten}}
* {{WikipediaDE|Kategorie:Geothermie}}
* {{WikipediaDE|Geothermie}}
* {{WikipediaDE|Meereswärmekraftwerk}}


== Literatur ==
== Literatur ==
* Hans Immler: ''Natur in der ökonomischen Theorie.'' Band 1/2: Teil 1: ''Vorklassik Klassik Marx.'' Teil 2: ''Naturherrschaft als ökonomische Theorie – Die Physiokraten.'' Westdeutscher Verlag, Opladen 1985, ISBN 3-531-11715-7.
'''Statistikquellen'''
* Birger P. Priddat: ''Le concert universel. Die Physiokratie. Eine Transformationsphilosophie des 18. Jahrhunderts.'' Metropolis-Verlag, Marburg 2001, ISBN 3-89518-325-3.
* R. Bertini: ''World geothermal generation 2001–2005''. World Geothermal Congress, Antalya 2005 (pdf, online).
* [http://www.unendlich-viel-energie.de/index.php?id=50 Imagekampagne: Unendlich viel Energie.]
* J. Lund u.&nbsp;a.: ''World wide direct use of geothermal energy 2005''. World Geothermal Congress, Antalya 2005 (pdf, online).
* R. Schellschmidt u.&nbsp;a.: ''Geothermal energy use in Germany''. World Geothermal Congress, Antalya 2005 (pdf, online).
* V. Steffansson: ''World geothermal assessment''. World Geothermal Congress, Antalya 2005 (pdf, online).
* J. Lund: ''Ground Heat – worldwide utilization of geothermal energy''. Renewable Energy World, 2005.
 
''' Allgemeines'''
* C. Clauser: ''Geothermal Energy''. In: K. Heinloth (Hrsg.): ''[http://www.geophysik.rwth-aachen.de/Downloads/pdf/GeothermalEnergyPreprint.pdf Landolt-Börnstein, Physikalisch-chemische Tabellen.]'' Group VIII: Advanced Materials and Technologies. Bd 3. Energy Technologies, Subvol. C. Renewable Energies. Springer, Heidelberg/Berlin 2006, 480–595, ISBN 3-540-42962-X.
* Burkhard Sanner: ''Erdwärme zum Heizen und Kühlen. Potentiale, Möglichkeiten und Techniken der Oberflächennahe Geothermie''. Kleines Handbuch der Geothermie. Bd 1. Red. B. Sanner, W., Bußmann. Geothermische Vereinigung, Geeste 2001 (3. überarb. Aufl.), ISBN 3-932570-21-9.
* W.J. Eugster, L. Laloui (Hrsg.): ''Geothermische Response Tests.'' Verlag der Geothermischen Vereinigung, Geeste 2002, ISBN 3-932570-43-X.
* Geothermische Vereinigung, GeoForschungsZentrum Potsdam (Hrsg.): ''Start in eine neue Energiezukunft''. Tagungsband 1. Fachkongress Geothermischer Strom Neustadt-Glewe 12.–13. November 2003. Geothermische Vereinigung, Geeste 2003, ISBN 3-932570-49-9.
* Ernst Huenges: ''Energie aus der Tiefe: Geothermische Stromerzeugung.'' in: '' Physik in unserer Zeit.'' Wiley-VCH, Weinheim 35.2004,6, S. 282–286, {{ISSN|0031-9252}}.
* F. Rummel, O. Kappelmeyer (Hrsg.): ''Erdwärme, Energieträger der Zukunft? Fakten Forschung Zukunft/Geothermal Energy, Future Energy Source? Facts-Research-Futur''. Unter Mitarbeit von J. Jesse, R. Jung, Fl. Rummel & R. Schulz. C.&nbsp;F. Müller, Karlsruhe 1993, ISBN 3-7880-7493-0.
* Stober, Ingrid; Bucher, Kurt: ''Geothermie.'' Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2012, ISBN 978-3-642-24330-1
* Michael Tholen, Simone Walker-Hertkorn: ''Arbeitshilfen Geothermie Grundlagen für oberflächennahe Erdwärmesondenbohrungen'', Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn 2007, ISBN 978-3-89554-167-4.
* Zeitschrift ''Geowissenschaften'', Hefte 7+8 (1997, Sonderhefte mit dem Thema Geothermie).
* Zeitschrift ''Sonderheft bbr Oberflächennahe Geothermie'', Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn Dezember 2008.
* M. Augustin, W. Freeden et al.: „Mathematische Methoden in der Geothermie“, Mathematische Semesterberichte 59/1, S. 1–28, Springer Verlag 2012.
* Hausmann/Pohl: [http://www.dcti.de/fileadmin/pdfs_dcti/DCTI_Studien/DCTI_Studienband_6_Geothermie.pdf CleanTech Studienreihe | Band 6 Geothermie], Bonn 2012, ISBN 978-3-942292-16-0.
* Bußmann, W.: ''Geothermie – Energie aus dem Innern der Erde.'' Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2012, ISBN 978-3-8167-8321-3.
* Bauer, Mathias; Freeden, Willi; Jacobi, Hans; Neu, Thomas: ''Handbuch der Tiefen Geothermie.'' Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2014, ISBN 978-3-642-54511-5
* Rummel, Fritz (1984) ''Nutzung der Erdwärme.'' Geowissenschaften in unserer Zeit; 2, 3; 73–81; [[doi:10.2312/geowissenschaften.1984.2.73]].


== Weblinks ==
== Weblinks ==
* [http://hsozkult.geschichte.hu-berlin.de/forum/id=672&count=37&recno=19&type=artikel&sort=datum&order=down Physiokratie und China]
<!--Bitte generell keine Links zu Einzelprojekten, Verbänden etc., wenn die Zielseite nicht die Anforderungen von WP:WEB – insb. weiterführende Sachinfo „vom Feinsten“ direkt zum Lemma erfüllt – Wikipedia ist kein Webverzeichnis. Ziel sind 5! Weblinks pro Artikel.-->
* [http://www.tu-chemnitz.de/wirtschaft/vwl2/downloads/paper/helmedag/Zig-Zag-Teil1.pdf Fritz Helmedag; Urs Weber: ''Die Zig-Zag-Darstellung des Tableau Économique.'' Chemnitz Volkswirtschaftslehre, WISU 1/02] (PDF; 59&nbsp;kB)
{{Commonscat|Geothermal energy|Geothermie}}
* [http://www.uni-heidelberg.de/md/zegk/histsem/mitglieder/richter_monarch_pflug.pdf Susan Richter: ''Der Monarch am Pflug-Von der Erweiterung des Herrschaftsverhältnisses als erster Diener zum ersten Landwirt des Staates.'' Das achtzehnte Jahrhundert Jhrg. 34 Wallstein-Verlag, Wolfenbüttel (2010) S. 40–64] (PDF; 3,2&nbsp;MB)
{{Wiktionary}}
* Informationsdienst [http://www.bine.info/publikationen/basisenergie/publikation/geothermie-1/ bine.info: ''Geothermie'']
* [http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_02_01_geothermie_allg.htm buch-der-synergie.de: ''Geschichte der Geothermie'']
* Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Deutschland), [http://www.erneuerbare-energien.de/EE/Navigation/DE/Technologien/Geothermie/geothermie.html erneuerbare-energien.de: ''Geothermie'']
** [http://www.erneuerbare-energien.de/unser-service/mediathek/downloads/detailansicht/artikel/bmu-broschuere-tiefe-geothermie-in-deutschland-nutzungsmoeglichkeiten-in-deutschland/ ''Tiefe Geothermie in Deutschland – Nutzungsmöglichkeiten in Deutschland''] (PDF; 3,7&nbsp;MB)
* Massachusetts Institute of Technology (MIT), [http://geothermal.inel.gov/publications/future_of_geothermal_energy.pdf geothermal.inel.gov: ''The Future of Geothermal Energy''] (englisch, PDF; 14,7&nbsp;MB)
* Bayerisches Landesamt für Umwelt, ''UmweltWissen'', [http://www.lfu.bayern.de/umweltwissen/doc/uw_20_erdwaerme.pdf lfu.bayern.de: ''Erdwärme''] (PDF; 1,1&nbsp;MB)
* Spektrum.de 26. März 2019: [https://www.spektrum.de/news/geothermie-erdwaerme-ist-womoeglich-nicht-ohne-erdbebenrisiko-zu-haben/1634696 ''Wir lassen es unkontrollierbar beben'']
* [http://www.tab-beim-bundestag.de/de/pdf/publikationen/berichte/TAB-Arbeitsbericht-ab084.pdf tab-beim-bundestag.de: Sachstandsbericht  ''Möglichkeiten geothermischer Stromerzeugung in Deutschland''] (PDF; 3,3&nbsp;MB, 2003)
* [https://www.tiefegeothermie.de/news tiefegeothermie.de: ''Informationsportal tiefe Geothermie'']
* Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle, 2015, [http://www.ufz.de/index.php?de=34081 ufz.de: Interaktive online-Karte mit allen Tiefengeothermieanlagen und lokalen Protestgruppen in Deutschland]
* Wien, ''Technologieleitfaden Erdwärme'', 2016, [https://www.wien.gv.at/stadtentwicklung/energie/pdf/leitfaden-erdwaerme.pdf wien.gv.at: ''Erdwärme voraus! Die Erde als Energiequelle''] (PDF)
* Stefan Hausmann, Daniel Pohl, Patrick Jonas, Deutsches CleanTech Institut (DCTI), Bonn 2010, [http://www.dcti.de/studien/bioenergie/de/ dcti.de: ''Bioenergie: CleanTech Branche Deutschland – Treiber im Fokus''] (PDF; 12,5&nbsp;MB)


== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise ==
<references />
<references />


[[Kategorie:Ökonomische Schule]]
{{Normdaten|TYP=s|GND=4020285-9}}
 
{{Exzellent|23. September 2005|9462527}}


[[Kategorie:Erneuerbare Energien]]
[[Kategorie:Geowissenschaften]]
[[Kategorie:Geologie]]
{{Wikipedia}}
{{Wikipedia}}

Version vom 9. Juni 2022, 14:03 Uhr

Erdwärme ist die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme (thermische Energie), sie kann aus dem Erdinneren stammen oder (beispielsweise in Frostboden) durch Niederschläge oder Schmelzwässer eingebracht worden sein und zählt zu den regenerativen Energien, die durch Erdwärmeübertrager entzogen und genutzt werden können. Erdwärme kann sowohl zum Heizen, zum Kühlen (siehe dazu Eis-Speicher-Wärmepumpe), zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in der kombinierten Kraft-Wärme-Kopplung genutzt werden. In einem Erdpufferspeicher "zwischengelagerte" Wärme wird nicht zur Erdwärme gezählt.

Geothermie bezeichnet sowohl die geowissenschaftliche Untersuchung der thermischen Situation als auch die ingenieurtechnische Nutzung der Erdwärme.

Geothermische Energie

Ursprung

Geothermische Anlage in Kalifornien
Geothermiekraftwerk in Island
Bohrturm in Bayern

Die bei ihrer Entstehung glutflüssige Erde ist innerhalb weniger Millionen Jahre erstarrt. Seit über vier Milliarden Jahren ist der radiale Temperaturverlauf im Erdmantel nur wenig steiler als die Adiabate. Dieser Temperaturgradient ist mit etwa 1 K/km viel zu klein, als dass Wärmeleitung einen wesentlichen Beitrag zum Wärmetransport leisten könnte. Vielmehr treibt der über die Adiabate hinausgehende Betrag des Temperaturgradienten die Mantelkonvektion an. Die im Vergleich zum Erdalter sehr rasche Konvektion – die ozeanische Kruste wurde und wird selten älter als 100 Millionen Jahre – wäre ohne aktive Wärmequellen im Erdinneren bald zum Erliegen gekommen. Das heißt, dass fühlbare Wärme, die noch aus der Zeit der Entstehung der Erde stammt, am heutigen Wärmestrom kaum beteiligt ist.

Der zeitliche Temperaturverlauf war zunächst von der Kinetik des radioaktiven Zerfalls dominiert. Kurzlebige Nuklide sorgten für ein Maximum der Manteltemperatur im mittleren Archaikum. Seit früher Zeit trägt auch Kristallisationswärme von der Grenze des langsam wachsenden, festen inneren Erdkerns und gravitative Bindungsenergie aus der damit verbundenen Schrumpfung des ganzen Kerns zur Mantelkonvektion bei.

Heute stammt immer noch der größere Teil der Wärmeleistung aus dem radioaktiven Zerfall der langlebigeren Nuklide im Mantel, 235U und 238U, 232Th und 40K.[1] Der Beitrag jedes Nuklids wird berechnet aus der Zerfallsenergie und der Zerfallsrate; diese wiederum aus der Halbwertszeit und der Konzentration. Konzentrationen im Mantel sind der Messung nicht zugänglich, sondern werden aus Modellen der Gesteinsbildung geschätzt. Es ergibt sich eine Leistung aus radioaktivem Zerfall von etwa 20 bis 30 Terawatt oder 40 bis 50 kW/km².[2] Der gesamte Erdwärmestrom aus radioaktiven Zerfallsprozessen beträgt etwa 900 EJ pro Jahr.[1] Dies entspricht wiederum einer Leistung von etwa 27,5 Terawatt für die gesamte Erde.[3] Seit kurzem werden Zerfallsraten mittels Neutrinodetektoren auch direkt gemessen, in Übereinstimmung mit dem bekannten Ergebnis, allerdings noch sehr ungenau, ±40 %.[2]

Wärmestrom aus dem Erdinneren

Der vertikale Wärmetransport durch Mantelkonvektion endet unter der Erdkruste. Von dort wird Wärme zunächst zum größten Teil durch Wärmeleitung transportiert, was einen viel höheren Temperaturgradienten als im Mantel erfordert, in kontinentaler Kruste oft in der Größenordnung von 30 K/km, siehe geothermische Tiefenstufe. Zusammen mit der Wärmeleitfähigkeit ergibt sich die lokale Wärmestromdichte. Diese beträgt im Durchschnitt etwa 65 mW/m² im Bereich der Kontinente und 101 mW/m² im Bereich der Ozeane, global gemittelt 87 mW/m², was in einer global integrierten Wärmeleistung von etwa 44 Terawatt resultiert.[4]

Das ist nur etwa das Doppelte des Weltenergiebedarfs, was bedeutet, dass Erdwärmenutzung im großen Stil immer auf eine lokale Abkühlung des Gesteins hinausläuft.[5] Aufgrund der Wärmekapazität des Gesteines, und der damit verbundenen Menge der gespeicherten Wärme kann aber bei ausreichend großem Volumen die Abkühlung innerhalb der Nutzungsdauer gering bleiben und die Erdwärmenutzung somit nachhaltig sein. Der Weltenergiebedarf ist verglichen mit der in der Kruste gespeicherten Wärme klein. Diese lokale Abkühlung ihrerseits bewirkt dann eine Vergrößerung des Zuflussbereichs. Bei vorhandenen Aquiferen kann das effektiv genutzte Volumen von vornherein größer sein, da hier neben den Temperaturgradienten auch die Druckgradienten eine Rolle spielen. Diese finden sich beispielsweise in Grabenbrüchen (in Deutschland der Oberrheingraben) oder in tiefen Sedimentbecken. Solche Gebiete sind zunächst Gebieten vorzuziehen, in denen ein dichtes Gestein für die Konvektion erst erschlossen werden muss. Im Umfeld von Salzdiapiren kann durch deren hohe Wärmeleitfähigkeit Wärme aus einem großen Volumen zufließen.

Im oberflächennahen Grundwasser und in den oberflächennahen Gesteinsschichten wächst mit geringer werdenden Tiefen der Anteil an der Erdwärme, der letztlich aus der Sonneneinstrahlung stammt.

Einteilung der Geothermiequellen

Tiefe Geothermie

Tiefe Geothermie ist die Nutzung von Lagerstätten, die in größeren Tiefen als 400 m unter Geländeoberkante erschlossen werden.

Wärme ist umso wertvoller, je höher das Temperaturniveau ist, auf dem sie zur Verfügung steht. Es wird unterschieden zwischen Hochenthalpie- (hohe Temperaturen) und Niederenthalpielagerstätten (geringere Temperaturen). Als Grenze wird meist eine Temperatur von 200 °C angegeben.[6]

Hochenthalpie-Lagerstätten

Land Anzahl
der Vulkane
theoretische
Dauerleistung
USA 133 23.000 MWel
Japan 101 20.000 MWel
Indonesien 126 16.000 MWel
Philippinen 53 6.000 MWel
Mexiko 35 6.000 MWel
Island 33 5.800 MWel
Neuseeland 19 3.650 MWel
Italien (Toskana) 3 700 MWel
(Quelle:[7])

Die weltweite Stromerzeugung aus Geothermie wird durch die Nutzung von Hochenthalpie-Lagerstätten, die Wärme bei hoher Temperatur liefern, dominiert. Dies sind geologische Wärmeanomalien, die oft mit aktivem Magmatismus einhergehen; dort sind mehrere hundert Grad heiße Fluide (Wasser/Dampf) in einer Tiefe von wenigen hundert Metern anzutreffen. Ihr Vorkommen korreliert stark mit aktiven oder ehemals aktiven Vulkanregionen. Es gibt aber auch Hochenthalpiefelder, die einen rein plutonitischen oder strukturgeologischen Hintergrund haben.

Abhängig von den Druck- und Temperaturbedingungen können Hochenthalpie-Lagerstätten mehr dampf- oder mehr wasserdominiert sein. Früher wurde der Dampf nach der Nutzung in die Luft entlassen, was zu erheblichem Schwefelverbindungsgeruch führen konnte (Italien, Larderello). Heute werden die abgekühlten Fluide in die Lagerstätte reinjiziert (zurückgepumpt). So werden negative Umwelteinwirkungen vermieden und gleichzeitig die Produktivität durch Aufrechterhalten eines höheren Druckniveaus in der Lagerstätte verbessert.

Das heiße Fluid kann zur Bereitstellung von Industriedampf und zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen genutzt werden. Besonders interessant ist die Erzeugung von Strom aus dem heißen Dampf. Hierfür wird das im Untergrund erhitzte Wasser genutzt, um eine Dampfturbine anzutreiben. Der geschlossene Kreislauf im Zirkulationssystem steht so unter Druck, dass ein Sieden des eingepressten Wassers verhindert wird und der Dampf erst an der Turbine entsteht (Flash-Verdampfung).

Niederenthalpie-Lagerstätten

In nichtvulkanischen Gebieten können die Temperaturen im Untergrund sehr unterschiedlich sein. In der Regel sind jedoch tiefe Bohrungen notwendig; für die Stromerzeugung sind Temperaturen über 80 °C erforderlich. Für eine in Deutschland wirtschaftlich sinnvolle Nutzung müssen die Temperaturen des Fluids über 100 °C liegen.

Generell werden im Bereich der tiefen Geothermie drei Arten der Wärmeentnahme aus dem Untergrund unterschieden; welches der in Frage kommenden Verfahren zum Einsatz kommt, ist von den jeweiligen geologischen Voraussetzungen, von der benötigten Energiemenge sowie dem geforderten Temperaturniveau der Wärmenutzung abhängig. Es wird öfter zur Wärmegewinnung genutzt, denn da kann bereits bei geringeren Vorlauftemperaturen die Wirtschaftlichkeit erreicht werden. Derzeit (2010) werden in Deutschland fast ausschließlich hydrothermale Systeme geplant. HDR-Verfahren befinden sich in den Pilotprojekten in Bad Urach (D), in Soultz-sous-Forêts im Elsass (F) und in Basel (CH) in der Erprobung. In Südost-Australien Cooperbecken ist seit 2001 ein kommerzielles Projekt im Gange (Firma Geodynamics Limited).

Hydrothermale Systeme

Liegen entsprechende Temperaturen in einem Aquifer vor, so kann aus diesem Wasser gefördert, abgekühlt und reinjiziert werden: Im Untergrund vorhandene Thermalwässer werden an einer Stelle gefördert und an einer anderen Stelle in den gleichen natürlichen Grundwasserleiter injiziert. Zur Förderung reicht dabei ein Druckausgleich, das Thermalwasser an sich zirkuliert nicht im Untergrund. Hydrothermale Energie ist je nach vorliegender Temperatur zur Wärme- oder Stromgewinnung nutzbar. Die für hydrothermale Geothermie in Deutschland brauchbaren geologischen Horizonte können im Geothermischen Informationssystem ersehen werden.

Petrothermale Systeme
Das Prinzip der Nutzung der Geothermie aus heißem dichtem Gestein (HDR)

werden oft auch als HDR-Systeme (Hot-Dry-Rock) bezeichnet: Ist das Gestein, in dem die hohen Temperaturen angetroffen wurden, wenig permeabel, so dass aus ihm kein Wasser gefördert werden kann, so kann dort ein künstlich eingebrachtes Wärmeträgermedium (Wasser oder auch CO2) zwischen zwei tiefen Brunnen in einem künstlich erzeugten Risssystem zirkuliert werden: zunächst wird Wasser mit (mindestens einer) Injektions- bzw. Verpressbohrung in das Kluftsystem eingepresst unter einem Druck, welcher so weit über dem petrostatischen Druck liegen muss, dass die minimale Hauptspannung in der jeweiligen Teufenlage überschritten wird, in das Gestein gepresst (hydraulische Stimulation oder Fracking); hierdurch werden Fließwege aufgebrochen oder vorhandene aufgeweitet und damit die Durchlässigkeit des Gesteins erhöht. Dieses Vorgehen ist notwendig, da sonst die Wärmeübertragungsfläche und die Durchgängigkeit zu gering wären. Anschließend bildet dieses System aus natürlichen und künstlichen Rissen einen unterirdischen, geothermischen Wärmeübertrager. Durch die zweite, die Produktions- oder Förderbohrung, wird das Trägermedium wieder an die Oberfläche gefördert.

Tatsächlich ist die Annahme, bei diesen Temperaturen und Tiefen trockene Gesteinsformationen vorzufinden, nicht korrekt. Aus diesem Grund existieren auch verschiedene andere Bezeichnungen für dieses Verfahren: u. a. Hot-Wet-Rock (HWR), Hot-Fractured-Rock (HFR) oder Enhanced Geothermal System (EGS). Als neutrale Bezeichnung wird der Begriff petrothermale Systeme verwendet.[8]

Tiefe Erdwärmesonden

Eine tiefe Erdwärmesonde ist ein geschlossenes System zur Erdwärmegewinnung, bei dem im Vergleich zu „offenen“ Systemen vergleichsweise wenig Energie extrahiert wird. Die Sonden bestehen aus einer einzigen Bohrung mit teilweise deutlich mehr als 1000 m Tiefe, in der ein Fluid zirkuliert, das in der Regel in einem koaxialen Rohr eingeschlossen ist. Im Ringraum der Bohrung fließt das kalte Wärmeträgerfluid nach unten, wird in der Tiefe erwärmt und steigt anschließend in der dünneren eingehängten Steigleitung wieder auf. Bei derartige Erdwärmesonden besteht kein Kontakt zum Grundwasser, damit fallen die Nachteile offener Systeme weg und sie sind damit an jedem Standort möglich. Ihre Entzugsleistung hängt neben technischen Parametern von den Gebirgstemperaturen und den Leitfähigkeiten des Gesteins ab. Sie wird jedoch nur einige hundert kW betragen und somit wesentlich kleiner sein als die eines vergleichbaren offenen Systems. Dies liegt daran, dass die Wärmeübertragungsfläche deutlich kleiner ist, da sie nur der Mantelfläche der Bohrung entspricht.

Tiefe Erdwärmesonden wurden beispielsweise 2005 in Aachen (SuperC der RWTH Aachen)[9] und Arnsberg (Freizeitbad Nass) gebaut. Ende 2009 wurde in der Schweiz die Forschungsanlage Tiefen-EWS Oftringen[10] realisiert. Es handelt sich hierbei um eine 706 m tiefe konventionelle Doppel-U-Sonde, welche 2009 / 2010 im Sinne einer Direktheizung (also ohne den Einsatz mit einer Wärmepumpe) getestet wurde.[11]

Alternativ zur Zirkulation von Wasser (mit eventuellen Zusätzen) in der Erdwärmesonde sind auch Sonden mit Direktverdampfern (Wärmerohre oder englisch Heatpipes) vorgeschlagen worden. Als Wärmeträgerfluid kann dabei entweder eine Flüssigkeit mit einem entsprechend niedrigen Siedepunkt verwendet werden, oder ein Gemisch beispielsweise aus Wasser und Ammoniak. Eine derartige Sonde kann auch unter Druck betrieben werden, was einen Betrieb beispielsweise mit Kohlendioxid möglich macht. Heatpipes können eine höhere Entzugsleistung erreichen als konventionelle Sonden, da sie auf ihrer gesamten Länge die Verdampfungstemperatur des Arbeitsmittels haben können.

Bei tiefen Erdwärmestichsonden bis 3000 m ist eine Isolierung bis zu einer Tiefe von etwa 1000 m sinnvoll, um Verluste an Wärmeenergie beim Aufsteigen des Fluids durch kältere Gesteinsschichten zu verringern. Damit ist eine höhere Energieausbeute möglich oder es kann bei einer geringeren Bohrtiefe die gleiche Leistung mit wesentlich niedrigeren Kosten erzielt werden. Eine dauerhafte Möglichkeit zur Isolierung, die auch relativ einfach hergestellt werden kann, ist das mit Luftpolstern arbeitende Isolierkappensystem.[12]

Oberflächennahe Geothermie

Oberflächennahe Geothermie bezeichnet die Nutzung der Erdwärme bis ca. 400 m Tiefe.

Aus geologischer Sicht ist jedes Grundstück für eine Erdwärmenutzung geeignet. Jedoch müssen wirtschaftliche, technische und rechtliche Aspekte beachtet werden.

Der erforderliche Erdwärmeübertrager muss für jedes Gebäude passend dimensioniert werden. Er hängt von dem benötigten Bedarf an Wärmemenge, Wärmeleitfähigkeit und Grundwasserführung des Untergrundes ab.

Die Kosten einer Anlage richten sich nach der erforderlichen Größe der Anlage (beispielsweise Erdsondenmeter). Diese errechnen sich aus dem Energiebedarf des Hauses und den geologischen Untergrundverhältnissen.

Eine Erdwärmenutzung muss der Wasserbehörde angezeigt werden. Bei grundstücksübergreifender Erdwärmenutzung und bei Bohrtiefen von über 100 m (je nach [Bundesland]) muss das Berg- und Lagerstättenrecht beachtet werden.

Die Nutzung der Erdwärme erfolgt mittels Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden, Energiepfählen (im Boden verbaute armierte Betonstützen mit Kunststoffrohren für Wärmetausch) oder Wärmebrunnenanlage (gespeicherte Sonnenwärme im Erdreich).

Der Erdwärmetransport erfolgt über Rohrleitungssysteme mit einer zirkulierenden Flüssigkeit, welches in der Regel mit einer Wärmepumpe verbunden ist. Das beschriebene System kann auch kostengünstig (ohne Wärmepumpe) zur Kühlung genutzt werden.

Geothermie aus Tunneln

Zur Gewinnung thermischer Energie aus Tunnelbauwerken wird auch austretendes Tunnelwasser genutzt, welches ansonsten aus Umweltschutzgründen in Abkühlbecken zwischengespeichert werden müsste, bevor es in örtliche Gewässer abgeleitet werden darf. Die erste solche bekannte Anlage wurde 1979 in der Schweiz beim Südportal des Gotthard-Straßentunnels in Betrieb genommen. Sie versorgt den Autobahnwerkhof von Airolo mit Wärme und Kälte. Weitere Anlagen sind zwischenzeitlich dazugekommen, welche vor allem Warmwasser aus Bahntunneln nutzen. Beim Nordportal des im Bau befindlichen Gotthard-Basistunnels tritt bereits heute Tunnelwasser mit Temperaturen zwischen 30 und 34 °C aus. Es soll bald in einem Fernwärmenetz genutzt werden. Das Tunnelwasser des neuen Lötschberg-Bahntunnels wird für eine Störzucht und für ein Tropenhaus verwendet.[13]

In Österreich wurde ein Verfahren entwickelt, um die Wärme aus Tunneln mittels eines Transportmediums zu nutzen, welches in eingemauerten Kollektoren zirkuliert. Für konventionell vorgetriebene Tunnel wurde das Prinzip unter dem Namen TunnelThermie bekannt. Durch die großen, erdberührten Flächen stellt diese relativ junge Technologie ein hohes Nutzungspotenzial besonders in innerstädtischen Tunnelbauwerken dar.

In Deutschland wurde ein Verfahren entwickelt, um Geothermie auch in maschinell vorgetriebenen Tunneln zu nutzen. Dazu sind Kollektoren in Betonfertigteile (sog. Tübbinge), die die Schale eines Tunnels bilden, eingebaut (Energietübbing genannt). Da innerstädtische Tunnel in schwierigen geologischen Verhältnissen häufig im Schildvortrieb aufgefahren werden, bietet der Energietübbing die Möglichkeit, auch entlang dieser Strecken das geothermische Potenzial des Erdreichs zu nutzen.[14]

Geothermie aus Bergbauanlagen

Bergwerke und ausgeförderte Erdgaslagerstätten, die wegen der Erschöpfung der Vorräte stillgelegt werden, sind denkbare Projekte für Tiefengeothermie. Dies gilt eingeschränkt auch für tiefe Tunnelbauwerke. Die dortigen Formationswasser sind je nach Tiefe der Lagerstätte 60 bis 120 °C heiß, die Bohrungen oder Schächte sind oft noch vorhanden und könnten nachgenutzt werden, um die warmen Lagerstättenwässer einer geothermischen Nutzung zuzuführen.

Derartige Anlagen zur Gewinnung der geothermischen Energie müssen so in die Einrichtungen zur Verwahrung des Bergwerks integriert werden, dass die öffentlich rechtlich normierten Verwahrungsziele, das stillgelegte Bergwerk (§ 55 Absatz 2 Bundesberggesetz und § 69 Abs. 2 Bundesberggesetz) gefahrenfrei zu halten, auch mit den zusätzlichen Einrichtungen erfüllt werden.

In Heerlen, Czeladź, Zagorje ob Savi, Burgas, Nowoschachtinsk in Russland und Hunosa bei Oviedo befinden sich Pilotanlagen.[15]

Saisonale Wärmespeicher

Geothermie steht immer, also unabhängig von der Tages- und Jahreszeit und auch unabhängig vom Wetter zur Verfügung. Optimal wird eine Anlage, in der das oberflächennahe Temperaturniveau genutzt werden soll, dann arbeiten, wenn sie auch zeithomogen genutzt wird. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn im Winter mit Hilfe einer Wärmepumpe das oberflächennahe Temperaturniveau von ca. 10 °C zum Heizen genutzt wird und sich dabei entsprechend absenkt und im Sommer dann dieses Reservoir zur direkten Kühlung benutzt wird. Beim Kühlen im Sommer ergibt sich dabei eine Erwärmung des oberflächennahen Reservoirs und damit dessen teilweise oder vollständige Regeneration. Im Idealfall sind beide Energiemengen gleich. Der Energieverbrauch des Systems besteht dann im Wesentlichen aus der Antriebsleistung für die Wärme- bzw. Umwälzpumpe.

Verstärkt wird diese Funktion, wenn Geothermie mit anderen Anlagen beispielsweise Solarthermie kombiniert wird. Solarthermie stellt Wärme vorwiegend im Sommer zur Verfügung, wenn sie weniger gebraucht wird. Durch Kombination mit Geothermie lässt sich diese Energie im Sommer in den unterirdischen Wärmespeicher einspeisen und im Winter wieder abrufen. Die Verluste sind standortabhängig, aber in der Regel gering.

Saisonalspeicher können sowohl oberflächennah, als auch tief ausgeführt werden. Sogenannte Hochtemperatur-Speicher (> 50 °C) sind allerdings nur in größerer Tiefe oder mit entsprechender Dämmung denkbar. Beispielsweise verfügt das Reichstagsgebäude über einen derartigen Speicher.

Nutzung von Erdwärme

Die Geothermie ist global gesehen eine langfristig nutzbare Energiequelle. Mit den Vorräten, die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeichert sind, könnte im Prinzip rechnerisch und theoretisch der derzeitige weltweite Energiebedarf für über 100.000 Jahre gedeckt werden. Allerdings ist nur ein kleiner Teil dieser Energie technisch nutzbar und die Auswirkungen auf die Erdkruste bei umfangreichem Wärmeabbau sind noch unklar.

Bei der Nutzung der Geothermie unterscheidet man zwischen direkter Nutzung, also der Nutzung der Wärme selbst, und indirekter Nutzung, der Nutzung nach Umwandlung in Strom in einem Geothermiekraftwerk. Mit Einschränkungen sind zur Optimierung der Wirkungsgrade auch hier Kraft-Wärme-Kopplungen (KWK) möglich. Vor allem in dünn besiedelten Gegenden bzw. an weit von Siedlungen mit Wärmebedarf entfernten Kraftwerksstandorten lassen sich nur schwer KWK-Prozesse realisieren. Nicht an jedem Kraftwerksstandort werden sich Abnehmer für die Wärme finden lassen.

Direkte Nutzung

erforderliches Temperaturniveau für verschiedene Nutzungen, Lindal-Diagramm
Nutzungsart Temperatur
Einkochen und Verdampfen,
Meerwasserentsalzung
120 °C
Trocknung von Zementplatten 110 °C
Trocknung von organischem Material
wie Heu, Gemüse, Wolle
100 °C
Lufttrocknung von Stockfisch 90 °C
Heizwassertemperatur zur
Raumheizung (klassisch)
80 °C
Kühlung 70 °C
Tierzucht 60 °C
Pilzzucht, Balneologie,
Gebrauchtwarmwasser
50 °C
Fußbodenheizung 40 °C
Schwimmbäder, Eisfreihaltung,
Biologische Zerlegung, Gärung
30 °C
Fischzucht 20 °C
Natürliche Kühlung < 10 °C

Frühe balneologische Anwendungen finden sich in den Bädern des Römischen Reiches, im mittleren Königreich der Chinesen und bei den Osmanen.

In Chaudes-Aigues im Zentrum Frankreichs existiert das erste historische geothermische Fernwärmenetz, dessen Anfänge bis ins 14. Jahrhundert zurückreichen.

Heute existieren vielfältige Nutzungen für Wärmeenergie in Industrie, Handwerk und in Wohngebäuden.

Heizen und Kühlen mit Erdwärme

Für die meisten Anwendungen werden nur relativ niedrige Temperaturen benötigt. Aus tiefer Geothermie können häufig die benötigten Temperaturen direkt zur Verfügung gestellt werden. Reicht dies nicht, so kann die Temperatur durch Wärmepumpen angehoben werden, so wie dies meist bei der oberflächennahen Geothermie geschieht.

In Verbindung mit Wärmepumpen wird Erdwärme in der Regel zum Heizen und Kühlen von Gebäuden sowie zur Warmwasserbereitung eingesetzt. Dies kann direkt über in einzelnen Gebäuden installierte Wärmepumpenheizungen erfolgen oder indirekt über Kalte Nahwärmesysteme, bei denen die geothermische Quelle das Kaltwärmenetz speist, das wiederum die einzelnen Gebäude versorgt.

Eine weitere Nutzungsmöglichkeit ist die natürliche Kühlung, bei der Wasser mit der Temperatur des flachen Untergrundes, also der Jahresmitteltemperatur des Standortes, direkt zur Gebäudekühlung verwendet wird (ohne den Einsatz einer Wärmepumpe). Diese natürliche Kühlung hat das Potential, weltweit Millionen von elektrisch betriebenen Klimageräten zu ersetzen. Sie wird jedoch derzeit nur wenig angewendet. Im November 2017 ist in Bremen das Rechenzentrum ColocationIX-Data-Center in Betrieb gegangen,[16] das während der Sommermonate die Kühlung über die Erdwärme bezieht.

Ebenfalls eine direkte Anwendung ist das Eisfreihalten von Brücken, Straßen oder Flughäfen. Auch hier wird keine Wärmepumpe benötigt, denn der Speicher wird durch Abführung und Einspeicherung der Wärme mit einer Umwälzpumpe von der heißen Fahrbahn im Sommer regeneriert. Dazu zählt auch das frostfreie Verlegen von Wasserleitungen. Die im Boden enthaltene Wärme lässt den Boden in Mitteleuropa im Winter nur bis in eine geringe Tiefe einfrieren.

Für die Wärmenutzung aus tiefer Geothermie eignen sich niedrigthermale Tiefengewässer mit Temperaturen zwischen 40 und 150 °C, wie sie vor allem im süddeutschen Molassebecken, im Oberrheingraben und in Teilen der norddeutschen Tiefebene vorkommen. Das Thermalwasser wird gewöhnlich aus 1000 bis 4500 Metern Tiefe über eine Förderbohrung an die Oberfläche gebracht, gibt den wesentlichen Teil seiner Wärmeenergie per Wärmeübertrager an einen zweiten, den „sekundären“ Heiznetzkreislauf ab. Ausgekühlt wird es anschließend über eine zweite Bohrung wieder mit einer Pumpe in den Untergrund verpresst, und zwar in die Schicht, aus der es entnommen wurde.

Stromerzeugung

Direkte Nutzung der Erdwärme weltweit
(Stand: 2010, Quelle: Literatur/Statistik, 7.)
Nutzungsart Energie
[TJ/a]
Leistungsabgabe
Kapazität
[MW]
Wärmepumpen 214.236 35.236
Schwimmbäder 109.032 6.689
Raumheizung/
Fernwärme
62.984 5.391
Gewächshäuser 23.264 1.544
Industrie 11.746 533
Aquakulturen 11.521 653
Trocknung
(Landwirtschaft)
1.662 127
Kühlen, Schnee-
schmelzen
2.126 368
Andere Nutzung 956 41
Total 438.077 50.583

Die Stromerzeugung funktioniert nach dem Prinzip der Wärmekraftmaschinen und ist durch die Temperaturdifferenz begrenzt. Deswegen haben geothermische Kraftwerke verglichen mit Verbrennungskraftwerken einen niedrigen Carnot-Faktor,[17] die Geothermie ist aber an einigen Orten als Energiequelle nahezu unerschöpflich verfügbar.[18]

Zur Stromerzeugung wurde die Geothermie zum ersten Mal in Larderello in der Toskana eingesetzt. 1913 wurde dort von Graf Piero Ginori Conti ein Kraftwerk erbaut, in dem wasserdampfbetriebene Turbinen 220 kW elektrische Leistung erzeugten. Heute sind dort ca. 750 MW elektrische Leistung installiert. Unter der Toskana befindet sich Magma relativ dicht unter der Oberfläche. Dieses heiße Magma erhöht hier die Temperatur des Erdreiches so weit, dass eine wirtschaftliche Nutzung der Erdwärme möglich ist.

Bei der hydrothermalen Stromerzeugung sind Wassertemperaturen von mindestens 80 °C notwendig. Hydrothermale Heiß- und Trockendampfvorkommen mit Temperaturen über 150 °C können direkt zum Antrieb einer Turbine genutzt werden, diese kommen in Deutschland jedoch nicht vor.

Hydrothermale Stromerzeugung: Der durch die Sonde unterirdisch entnommene Dampf treibt Turbine und Generator an, kondensiert im Kühlturm und wird als flüssiges Waaser zurück unter die Erde gebracht, wo er erneut verdampft.

Lange Zeit wurde Thermalwasser daher ausschließlich zur Wärmeversorgung im Gebäudebereich genutzt. Neu entwickelte Organic-Rankine-Cycle-Anlagen (ORC) ermöglichen eine Nutzung von Temperaturen ab 80 °C zur Stromerzeugung. Diese arbeiten mit einem organischen Medium (beispielsweise Pentan), das bei relativ geringen Temperaturen verdampft.[19] Dieser organische Dampf treibt über eine Turbine den Stromgenerator an. Die für den Kreisprozess eingesetzten Fluide sind teilweise entzündlich oder giftig. Vorschriften zum Umgang mit diesen Stoffen müssen eingehalten werden. Eine Alternative zum ORC-Verfahren ist das Kalina-Verfahren. Hier werden Zweistoffgemische, so zum Beispiel aus Ammoniak und Wasser, als Arbeitsmittel verwendet.

Für Anlagen in einem kleineren Leistungsbereich (< 200 kW) sind auch motorische Antriebe wie Stirlingmotoren denkbar.

Stromgewinnung aus Tiefengeothermie ist grundlastfähig und steuerbar, in existierenden Anlagen werden oft mehr als 8000 Betriebsstunden pro Jahr erreicht.

Stromerzeugung über Hochenthalpielagerstätten

Die Stromerzeugung aus Geothermie findet traditionell in Ländern statt, die über Hochenthalpielagerstätten verfügen, in denen Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius in vergleichsweise geringen Tiefen (< 2000 m) angetroffen werden. Die Lagerstätten können dabei, je nach Druck und Temperatur, wasser- oder dampfdominiert sein. Bei modernen Förderungstechniken werden die ausgekühlten Fluide reinjiziert, so dass praktisch keine negativen Umweltauswirkungen, wie Schwefelverbindungsgeruch, mehr auftreten.

Stromerzeugung über Niederenthalpielagerstätten

In Niederenthalpielagerstätten, wie sie in Deutschland meist angetroffen werden, ist wegen der geringen Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf der maximal mögliche energetische Wirkungsgrad systembedingt niedriger als in Hochenthalpielagerstätten.

Durch optimale Wahl des Arbeitsmittels (beispielsweise Kalinaprozess mit Ammoniak) versucht man den Abstand zwischen Vor- und Rücklauftemperatur effizienter zu nutzen. Dabei ist aber zu beachten, dass die Sicherheitsanforderungen für den Umgang mit Ammoniak anders sein können als bei der Nutzung verschiedener organischer Arbeitsmittel.

Der Eigenstromverbrauch, insbesondere zur Speisung der Umwälzpumpen im Thermalwasserkreislauf, in solchen Anlagen kann bis zu 25 Prozent der erzeugten Strommenge[20] betragen.

Geothermie weltweit

Geothermie ist eine bedeutende erneuerbare Energie. Einen besonderen Beitrag zu ihrer Nutzung leisten hierbei die Länder, die über Hochenthalpielagerstätten verfügen. Dort kann der Anteil der Geothermie an der Gesamtenergieversorgung des Landes erheblich sein, zum Beispiel Geothermale Energie in Island.

Direkte Nutzung

Land Energieumsatz
pro Jahr
Leistungsabgabe
Jahresmittelwert
China 45.373 TJ 1,44 GW
Schweden 36.000 TJ 1,14 GW
USA 31.239 TJ 0,99 GW
Island 23.813 TJ 0,76 GW
Türkei 19.623 TJ 0,62 GW
Ungarn 7.940 TJ 0,25 GW
Italien 7.554 TJ 0,24 GW
Neuseeland 7.086 TJ 0,22 GW
Brasilien 6.622 TJ 0,21 GW
Georgien 6.307 TJ 0,20 GW
Russland 6.243 TJ 0,20 GW
Frankreich 5.196 TJ 0,16 GW
Japan 5.161 TJ 0,16 GW
Summe 208.157 TJ 6,60 GW
Quelle: Schellschmidt 2005[21]

Im Jahr 2005 waren zur direkten Nutzung von Geothermie weltweit Anlagen mit einer Leistung von 27.842 MW installiert. Diese können Energie in der Größenordnung von 261.418 TJ/a (72.616 GWh/a) liefern, das entspricht einer mittleren Leistungsabgabe von 8,29 GW oder 0,061 % des Primärenergieverbrauchs der Welt. Bei einer Weltbevölkerung 2005 von 6,465 Mrd. Menschen entfallen daraus rechnerisch 1,28 Watt auf jeden Menschen (der durchschnittlich aber insgesamt 2.100 Watt Primärenergie verbraucht). Der Ausnutzungsgrad der installierten Leistung beträgt also etwa 30 % (diese Kennzahl ist wichtig für die überschlägige Kalkulation der Wirtschaftlichkeit von geplanten Anlagen, sie wird allerdings weitgehend durch die Verbraucherstruktur und weniger durch die Erzeuger, also die Wärmequelle bestimmt).

Länder mit Energieumsätzen größer als 5000 TJ/a zeigt die Tabelle.

Besonders hervorzuheben sind Schweden und Island. Schweden ist geologisch eher benachteiligt, hat aber durch eine konsequente Politik und Öffentlichkeitsarbeit diesen hohen Anteil bei der Nutzung erneuerbarer Energien vorwiegend zum Heizen (Wärmepumpenheizung) erreicht.

Auch in Island hat die Nutzung dieser Energie einen beträchtlichen Anteil an der Energieversorgung des Landes (ca. 53 %), vgl. Geothermale Energie in Island. Es ist inzwischen weltweit Vorreiter auf diesem Gebiet.

Das 1981 in Betrieb genommene und laufend erweiterte geothermische Kraftwerk Olkaria (121 MW, Potential 2 GW) im afrikanischen Rift Valley deckt mittlerweile 14 % des landesweiten Strombedarfs von Kenia. Die Erfolge dabei führten zu Geothermie-Projekten in Eritrea, Uganda, Tansania oder Äthiopien, die ebenfalls entlang des Ostafrikanischen Grabenbruchs liegen.[22]

Im Nahen Osten wird in den Vereinigten Arabischen Emiraten das erste Geothermie-Projekt realisiert. Es soll zur Versorgung der Ökostadt Masdar mit Energie zur Kühlzwecken dienen. Zunächst wurden zwei Probebohrungen in Tiefen von 2800 m und 4500 m gestartet.[23]

Stromerzeugung

Stromerzeugung aus Geothermie konzentriert sich traditionell auf Länder, die über oberflächennahe Hochenthalpie-Lagerstätten verfügen (meist Vulkan- oder Hot-Spot-Gebiete). In Ländern, die dies – wie zum Beispiel Deutschland – nicht haben, muss der Strom mit einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau (Niederenthalpielagerstätte mit etwa 100–150 °C) erzeugt werden, oder es ist entsprechend tiefer zu bohren.

Weltweit ist geradezu ein Boom bei der Nutzung von Geothermie zur Stromerzeugung eingetreten. Die zum Ende des ersten Quartals 2010 installierte Leistung betrug 10.715 MW. Damit wird in den weltweit 526 geothermischen Kraftwerken 56 67.246 GWh/a grundlastfähige, elektrische Energie bereitgestellt.

In den letzten fünf Jahren wurde die Stromerzeugung stark ausgebaut. Auf einige Länder bezogen ergeben sich die in der linken Tabelle angegebenen Zuwächse für den Zeitraum 2005–2010.

Land (Auswahl) 2005–2010 neu installierte
elektrischeLeistung
MWe
USA 529
Indonesien 400
Island 373
Neuseeland 193
Türkei 62
El Salvador 53
Italien 52
Kenia 38
Guatemala 19
Deutschland 6
(Quelle:)[24]

Rechte Tabelle – Länder mit einem bedeutsamen Anteil der Geothermie an der Gesamtversorgung (Stand 2005):

Land Anteil an der
Stromerzeugung
in %
Anteil am
Wärmemarkt
in %
Tibet 30 30
San Miguel Island 25 keine Angabe
El Salvador 14 24
Island 19,1 90
Philippinen 12,7 19,1
Nicaragua 11,2 9,8
Kenia 11,2 19,2
Lihir Island 10,9 keine Angabe
Guadeloupe 9 9
Costa Rica 8,4 15
Neuseeland 5,5 7,1
(Quelle:)[25]

Niederenthalpie-Lagerstätten werden bisher weltweit wenig genutzt. Zukünftig könnten sie an Bedeutung gewinnen, da diese Nutzung weiter verbreitet möglich ist und nicht spezielle geothermische Bedingungen mit überdurchschnittlich hohen geothermischen Gradienten voraussetzt. Im November 2003 wurde das erste derartige Kraftwerk Deutschlands, das Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe, mit 0,23 Megawatt Leistung in Betrieb genommen. Im Jahr 2007 folgte mit der 3-Megawatt Anlage des Geothermiekraftwerkes Landau die erste industrielle Installation.

In Australien wird in Cooperbecken das erste rein wirtschaftliche Geothermiekraftwerk auf der Basis HFR (Hot Fractured Rock) erstellt. Bisher sind zwei Bohrungen auf über 4000 m Tiefe gebohrt und ein künstliches Risssystem erzeugt. Die Temperaturen sind mit 270 Grad höher als erwartet und auch die künstlich erzeugte Wasserwegsamkeit zwischen den Bohrungen ist besser als geplant.

Bezogen auf die Pro-Kopf-Nutzung der Erdwärme ist Island heute Spitzenreiter mit 664 MW (2011) installierter Gesamtleistung (Geothermale Energie in Island). Die USA führen dagegen bei den Absolutwerten mit einer installierten Gesamtleistung von 3093 MW (2010) vor den Philippinen mit 1904 MW (2010) und Indonesien mit 1197 MW (2010). (Quelle:)[26]

Situation in Deutschland

Das ehemalige Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe in Deutschland von innen

Geothermische Energie ist nach dem deutschen Bergrecht (Bundesberggesetz, BBergG, § 3 Abs. 3 Satz 2 Nr. 2b) ein bergfreier Rohstoff (bergfreier Bodenschatz). Sie gilt somit zunächst als herrenlos, wobei die jeweiligen Antragsteller ein Recht für Aufsuchung und Nutzung durch Verleihung seitens des Staates erlangen (wenn sie nicht städtebaulich genutzt wird, weil dann der Gewinnungsbegriff im § 4 Abs. 2 Bundesberggesetz nicht einschlägig ist). Dies bedeutet, dass das Eigentum an einem Grundstück sich nicht auf die Erdwärme erstreckt. Für die Aufsuchung der Erdwärme bedarf es also einer Erlaubnis nach § 7 BBergG und für die Gewinnung einer Bewilligung nach § 8 BBergG. Die meisten Anlagen oberflächennaher Geothermie können jedoch bislang nach dem § 4 BBergG ohne ein solches Verfahren erstellt werden, wenn die Nutzung auf dem eigenen Grundstück erfolgt, die genaue Abgrenzung richtet sich nach dem jeweiligen Landesrecht. Auf jeden Fall sind Anlagen, die in das Grundwasser reichen, nach dem Wasserrecht erlaubnispflichtig. Für Bohrungen, die länger als 100 Meter sind, ist außerdem ein bergrechtlicher Betriebsplan nötig.[27] Die Stadt Freiburg im Breisgau hat allerdings unter anderem infolge der in Staufen nach einer Probebohrung aufgetretenen Geländehebungen sowie der in Basel durch eine solche ausgelösten Erdbeben ihre Auflagen für oberflächennahe Geothermie-Projekte auch für Bohrungen unter 100 m verschärft.[28]

Die geothermische Stromerzeugung steckt in Deutschland noch in den Anfängen. Unter anderem beschäftigt sich (Stand: 2009) das Deutsche GeoForschungsZentrum in Potsdam intensiv mit diesem Thema.[29] Der Niedersächsische Forschungsverbund „Geothermie und Hochleistungsbohrtechnik – gebo“[30] verfolgte von 2009 bis 2014 die Zielsetzung, neue Konzepte zur geothermischen Energiegewinnung in tiefen geologischen Schichten zu entwickeln. Zudem fördert das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) zahlreiche Forschungsprojekte zur Effizienzsteigerung der tiefen Geothermie. In Bad Urach (Schwäbische Alb) konnte ein langjährig betriebenes und weit fortgeschrittenes HDR-Forschungsprojekt aus finanziellen Gründen nicht vollendet werden.[31] Die Bohrungen sollen stattdessen nun aus dem Muschelkalk Thermalwasser zum Beheizen von Gebäuden genutzt werden.[32]

Elf Kraftwerke (in Süd-Bayern: Sauerlach, Taufkirchen, Laufzorn, Kirchstockach und Dürrnhaar bei München, Holzkirchen, Traunreut, Simbach-Braunau; im Oberrheingraben: Bruchsal, Landau in der Pfalz und Insheim) erzeugen derzeit in Deutschland Strom aus Tiefengeothermie (Stand Dezember 2019).

Einige weitere Projekte sind im Bau oder nahezu fertiggestellt, so dass in den nächsten Jahren mit einem Anstieg beim Anteil der geothermisch erzeugten Strommenge zu rechnen ist.

Sehr weit verbreitet ist hingegen die direkte energetische Nutzung von hydrothermaler Geothermie beim Betrieb von Wärmenetzen. Eine Übersicht über die in Deutschland vorhandenen Anlagen hydrogeothermaler Nutzung ist in dem Verzeichnis Geothermischer Standorte[33] zu finden.

In Deutschland ist die direkte Nutzung oberflächennaher Geothermie (Wärmepumpenheizung) schon weit verbreitet, 2010 wurden 51.000 neue Anlagen installiert.[34] Insgesamt waren 2009 etwa 330.000 Anlagen installiert.[35] Erstmals flächig erforscht werden soll der Einsatz von oberflächennaher Geothermie im Erdwärmepark in Neuweiler im Nordschwarzwald; einem Baugebiet, in dem ausschließlich Erdwärme zu Zwecken der Gebäudeheizung und -kühlung verwendet wird. Hier soll im Rahmen eines Modellprojekts auch das Heizen bzw. Kühlen der vorhandenen Straßen erstmals umgesetzt werden. Oberflächennahe Geothermie wird auch in Bayern u. a. in der Umgebung von Ansbach untersucht,[36] wo es auch einen Ausbildungsschwerpunkt an der dortigen Fachhochschule gibt.

Für Deutschland ergab sich laut der Zahlen des BMU für das Jahr 2004 das folgende Bild: Der Energieerzeugung im Jahr 2004 aus der Geothermie von 5609 TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistungsabgabe von 0,178 GW im Jahr 2004) stand ein Primärenergieverbrauch in Deutschland im selben Jahr von 14.438.000 TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistung von 458 GW) gegenüber. Es wurden also im Jahr 2004 0,04 % des Primärenergieverbrauchs in Deutschland durch Geothermie gedeckt. Die Branche rechnete für 2005 mit einem Umsatz von etwa 170 Millionen Euro und mit Investitionen von 110 Millionen Euro. Etwa 10.000 Menschen arbeiteten bereits direkt oder indirekt für die geothermische Energieversorgung (Quelle, siehe Literatur/Statistik, 2.).

Direkte Nutzung

Im Bereich der tiefen Geothermie gibt es in Deutschland zurzeit (Stand: 2005) 30 Installationen mit Leistungen über 2 MW. Diese leisten zusammen 105 MW (Quelle, siehe Literatur/Statistik, 4.). Die meisten dieser Einrichtungen stehen im

Der norddeutsche Raum verfügt geologisch bedingt über ein großes Potential geothermisch nutzbarer Energie in thermalwasserführenden Porenspeichern des Mesozoikums in einer Tiefe von 1000 bis 2500 m mit Temperaturen zwischen 50 °C und 100 °C. Die Geothermische Heizzentrale (GHZ) in Neubrandenburg war bereits in der DDR eines der Pilotprojekte zur Nutzung der Geothermie.

Das Molassebecken in Süddeutschland (Alpenvorland) bietet günstige Voraussetzungen für eine tiefengeothermische Nutzung. Zahlreiche balneologische Erschließungen in Baden-Württemberg (Oberschwaben) und Bayern (Bäderdreieck) bestehen bereits seit einigen Jahrzehnten. Darüber hinaus existierten in Südbayern im Jahr 2019 rund zwanzig groß-energetische Nutzungen (geothermisch betriebene Fernwärmenetze in Simbach-Braunau, Straubing, Erding, Unterschleißheim, Pullach, München-Riem, Unterhaching, Unterföhring, Aschheim-Feldkirchen-Kirchheim, Ismaning, München-Freiham, Waldkraiburg, Poing, Garching, Grünwald, Traunreut, Sauerlach, Taufkirchen, Kirchweidach, Holzkirchen) und zahlreiche weitere sind in Planung oder im Bau (beispielsweise München-Sendling,[37]). Das Thermalwasser stammt aus einer Kalksteinschicht (Poren-, Kluft- und Karstgrundwasser) des Oberjura (Malm) an der Basis des nordalpinen Molassetrogs. Diese Gesteine treten entlang der Donau an der Erdoberfläche in Erscheinung und tauchen in Richtung Süden am Alpenrand auf bis über 5000 m unter die Erdoberfläche ab. Dort sind auch Temperaturen höher als 140 °C zu erwarten.

Der Oberrheingraben bietet deutschlandweit besonders gute geologisch-geothermische Voraussetzungen (u. a. hohe Temperatur, Wärmefluss, Struktur im Untergrund). Allerdings sind die Thermalwässer im Oberrheingraben reich an gelösten Inhaltsstoffen, was hohe Anforderungen an die Anlagentechnik stellt. An verschiedenen Standorten sind Projekte in Betrieb, in Planung und im Bau. Für viele Regionen sind bereits Konzessionen erteilt worden.

Untersucht wird zudem beispielsweise in Nordrhein-Westfalen, ob Grubenwasser thermisch genutzt werden kann.

Baden-Württemberg hat genau wie Nordrhein-Westfalen ein Förderprogramm für Erdwärmesonden-Anlagen für kleine Wohngebäude aufgelegt, mit einer Förderung der Bohrmeter, siehe Weblinks.

Zusätzlich gibt es in Deutschland mehr als 50.000 oberflächennahe Geothermieanlagen, bei denen Wärmepumpen zum Anheben der Temperatur eingesetzt werden. Diese haben zusammen eine Leistung von mehr als 500 MW. Im Vergleich zu Schweden, Schweiz oder Österreich ein eher geringer Marktanteil. Im Jahr 2000 betrug er in Deutschland 2 bis 3 %, in Schweden 95 %, und in der Schweiz 36 % (Siehe auch Wärmepumpenheizung).

Stromerzeugung

Das erste geothermische Kraftwerk in Deutschland ist 2004 in Mecklenburg-Vorpommern als Erweiterung des bereits 1994 errichteten geothermischen Heizwerks in Betrieb genommen worden. Die elektrische Leistung des Geothermiekraftwerks Neustadt-Glewe betrug bis zu 230 kW. Aus einer Tiefe von 2250 Metern wurde etwa 97 °C heißes Wasser gefördert und zur Strom- und Wärmeversorgung genutzt. Im Jahr 2004 betrug die erzeugte Strommenge 424.000 Kilowattstunden (Quelle: AGEE-Stat/BMU); die Stromerzeugung dieses geothermischen Pionier-Kraftwerks wurde 2010 allerdings wieder eingestellt. Seither wurden in Deutschland 11 weitere geothermische Kraftwerke errichtet, weitere sind derzeit im Bau, die meisten davon am Oberrhein und im oberbayerischen Molassebecken. Die Bergämter haben dort zahlreiche Aufsuchungsgenehmigungen zur gewerblichen Nutzung von Erdwärme vergeben (bis 2007 über 100).

Die für die Stromerzeugung erforderlichen Wärmereservoirs mit hohen Temperaturen sind in Deutschland nur in großer Tiefe vorhanden. Die für den Betrieb erforderlichen Temperaturen zu erschließen ist mit einem hohen finanziellen Aufwand verbunden. Geologische und bohrtechnische Erschließungsrisiken müssen dabei im Verhältnis zum finanziellen Aufwand abgewogen werden. Forschungsarbeiten zur Nutzung tief liegender bzw. weitgehend wasserundurchlässiger Gesteine laufen und versprechen die Möglichkeiten zur Stromerzeugung weiter zu erhöhen. Eine Studie des Deutschen Bundestages gibt das Potential der Stromproduktion mit 1021 Joule an.

Geplante und realisierte Geothermieanlagen (Wärme- und Stromerzeugung) im deutschsprachigen Raum (D/A/CH)
Geoth. Leistung
in MW
Elektr. Leistung
in MW
Temperatur
in °C
Förderrate
in m³/h
Bohrtiefe
in m
(Geplante) Inbetriebnahme
Jahr
Deutschland
Groß Schönebeck Forschungsprojekt 10 1,0 150 < 50 4.294 Probebetrieb, aktuell keine Stromerzeugung
Neustadt-Glewe 10 0,21 98 119 2.250 Kraftwerksbetrieb seit 2003–2009, Stromerzeugung 2009 eingestellt
Bad Urach (HDR-Pilotprojekt) 6–10 ca. 1,0 170 48 4.500 Projekt 2004 endgültig abgebrochen wg. Auslauf der Finanzierung / bohrtechn. Probleme
Bruchsal 4,0 ca. 0,5 118 86 2.500 Im Kraftwerksbetrieb seit 2009
Landau in der Pfalz 22 3 159 70 3.000 Probebetrieb seit 2007. Zeitweise eingestellt wegen leichter Beben. Wiederaufnahme mit reduziertem Pumpendruck.[38]
Insheim 4–5[39] >155 3.600 Kraftwerksbetrieb seit November 2012
Brühl 40 5–6 150 3.800[40] (Bohrarbeiten wg. Klage derzeit unterbrochen; Klage abgewiesen),[41] GT1 erfolgreich getestet. Bohrloch wegen Insolvenz aufgegeben und eingestellt.[42]
Schaidt >155 >3.500 Die 2010 erteilten bergrechtlichen Zulassungen sind ausgelaufen. Die Zukunft ist offen.[43]
Offenbach an der Queich 30–45 4,8–6,0 160 360 3.500 gestoppt wg. Bohrlochinstabilität
Speyer 24–50 4,8–6,0 150 450 2.900 2005 aufgegeben,[44][45] weil Erdöl statt Wasser gefunden wurde (drei Bohrungen im Probebetrieb)
Simbach-Braunau 7 0,2 80 266 1.900 Fernwärme seit 2001, ORC-Kraftwerk seit 2009 im Betrieb
Unterhaching 40 3,4 122 > 540 3.577 seit 2008 im Betrieb; seit Mitte 2017 Kalina-Kraftwerk abgeschaltet[46]
Sauerlach ca. 80 ca. 5[47] 140 > 600 > 5.500 seit 2013 im Betrieb[48]
Dürrnhaar ca. 50 ca. 5,0 135 > 400 > 4.000 seit 2013 im Betrieb
Mauerstetten 120–130 0 4.100 Bohrung nicht fündig.
Kirchstockach 50 5 130 450 > 4.000 seit 2013 im Betrieb
Laufzorn (Grünwald-Oberhaching) 50 5 130 470 > 4.000 seit 2014 im Betrieb
Kirchweidach 120 470 > 4.500 Fokussierung auf Wärme für Gewächshäuser & Fernwärme[49]
Pullach i. Isartal 16 105 > 300 3.443 seit 2005 in Betrieb, zwei Förder- und eine Reinjektionsbohrung, wärmegeführte Anlage mit 45 km Fernwärmenetz (Stand 2018)
Taufkirchen 35 4,3 136 430 > 3.000 seit 2018 im Betrieb[50]
Traunreut 12 5,5 120 470 4.500 seit 2016 im Betrieb[51]
Geretsried 160 0 > 4.500 Bohrarbeiten beendet; Bohrung im Jahr 2013 fand kein Thermalwasser;[52] der im Jahr 2017 gebohrte Sidetrack blieb ebenfalls trocken[53]
Bernried am Starnberger See > 4.500 auf Standby, Bohrbeginn verschoben[54]
Weilheim in Oberbayern 0 4.100 Bohrarbeiten beendet; Bohrung fand kein Thermalwasser[55]
Holzkirchen 24 3,4 155 200 5.100 Fernwärme seit 2018[56] Kraftwerk seit 2019[57]
Groß-Gerau / Trebur 160 0 3.500 Bohrung nicht fündig[58]
Neuried (Baden) 3,8 6 Gemeinden sprechen sich gegen das Projekt aus.[59] Bohrbeginn wegen abgewiesener Klage verschoben; Realisierung baldmöglichst geplant.[60] Die "Bürgerinitiative gegen Tiefengeothermie im südlichen Oberrheingraben" kämpft gegen das Projekt an, und eine große Ablehnung gegen das Projekt ist bei den Bürgern vorhanden.[61]
Icking (Höhenrain, Dorfen) 140 0 ca. 4.000 Bohrung nicht fündig[62]
Bruck (Garching an der Alz) 6,2 3,5 120–130 ca. 3.800 Bohrarbeiten 2018 beendet und fündig[63]
Österreich
Altheim (Oberösterreich) 18,8 0,5 105 300–360 2.146 Im Kraftwerksbetrieb seit 2000
Bad Blumau 7,6 0,18 107 ca. 80–100 2.843 Im Kraftwerksbetrieb seit 2001
Aspern 150 5.000 Bohrarbeiten abgebrochen[64]
Frankreich
Soultz-sous-Forêts 12,0 2,1 180 126 5.000 Testbetrieb seit 2008[65]
Strasbourg-Vendenheim Projekt eingestellt wegen Beben Dezember 2019[66]
Strasbourg-Illkirch Projekt ruht, wegen bohrtechnischen Problemen in 2 km Tiefe Dezember 2019
Schweiz
Basel 200 5.000 Projekt eingestellt wegen Beben[67]
St. Gallen 150–170 ca. 4.000 Projekt abgebrochen, hoher Gaszutritt und erhöhte Seismizität beim Fördertest[68]

Staatliche Fördermaßnahmen

Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Durch die Novellierung des EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) zum 1. Januar 2012 wird die geothermische Stromerzeugung die eingespeiste Kilowattstunde deutlich höher gefördert als zuvor. Es erfolgt eine Integration von KWK- und Frühstarter-Bonus in die Grundvergütung, so dass diese von 16 auf 23 ct/kWh steigt. Die Grundvergütung beträgt jetzt mit einer zusätzlichen Erhöhung von 2 ct/kWh 25 ct/kWh. Dazu kommt ein Technologie-Bonus für petro-thermale Projekte von 5 ct/kWh. Diese Höhe der Vergütungen gilt für alle bis einschließlich 2017 in Betrieb gehenden Anlagen. Ab dem Jahr 2018 sinken die jeweils für neue Anlagen (entsprechend den Zeitpunkten der Inbetriebnahmen) geltenden Vergütungssätze jährlich um 5 % (Degression). Bisher sollte diese Absenkung bereits ab 2010 jährlich 1 % betragen. Weiterhin bleiben die Vergütungen einer Anlage über den Vergütungszeitraum (20 bis knapp 21 Jahre) konstant. Die Einspeisevergütung wird für die Brutto-Stromproduktion der Anlage in Anspruch genommen. Dies entspricht einer EEG-einheitlichen Regelung und gilt für alle Formen erneuerbarer Stromerzeugung. Der Eigenenergiebedarf beträgt bei deutschen Geothermiekraftwerken ca. 30 % der Bruttostromproduktion (größter Verbraucher sind die Förderpumpen).

Marktanreizprogramm des BMU

Anlagen der tiefen Geothermie werden aus dem MAP (Marktanreizprogramm des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit) durch zinsverbilligte Darlehen mit Tilgungszuschüssen gefördert. Förderbar sind:

  • Die Errichtung der Tiefengeothermieanlage („Anlagenförderung“)
  • Die Realisierung der Förder- und Injektionsbohrung („Bohrkostenförderung“) sowie unvorhergesehene Mehrkosten gegenüber der Bohrplanung („Mehraufwendungen“)
  • Die Reduzierung des Fündigkeitsrisikos durch Haftungsfreistellungen für bis zu 80 % der Bohrkosten („Kreditprogramm Fündigkeitsrisiko“)
  • Die Errichtung von Wärmenetzen („Wärmenetze“)

Die KfW kann daraus Darlehen pro Projekt in einer Höhe von bis zu 80 % der Bohrkosten vergeben. Diese Darlehen werden im Fall der Nichtfündigkeit haftungsfrei gestellt, d. h. sie müssen vom Kreditnehmer ab diesem Zeitpunkt nicht weiter zurückgezahlt werden. Das „KfW Sonderprogramm“ für allgemeine Projektfinanzierungen, wie u. a. Geothermieprojekte, refinanziert Banken mittels KfW-Krediten bis zu einem Kreditbetrag von i. d. R. 200 Mio. Euro pro Projekt.

Aufgrund der mit der Bohrung verbundenen hohen Investitionskosten und Fündigkeitsrisiken, soweit diese über die o. g. Haftungsfreistellung hinausgehen, besteht bei Tiefengeothermieprojekten ein relativ hohes Anfangshemmnis. Dies erschwert die Finanzierung. Die relativ lange Projektentwicklungszeit und die damit verbundene Dauer des Eigenkapitaleinsatzes verteuert die Finanzierung.

Ökonomische Aspekte

Die geringe Nutzung der überall vorhandenen und vom Energieangebot her kostenlosen Geothermie liegt darin begründet, dass sowohl der Wärmestrom mit ≈ 0,06 Watt/m² als auch die Temperaturzunahme mit der Tiefe mit ≈ 3 K/100 m in den zugänglichen Teilen der Erdkruste, von besonderen Standorten abgesehen, so gering sind, dass eine Nutzung zu Zeiten niedriger Energiepreise nicht wirtschaftlich war. Durch das Bewusstwerden des CO2-Problems und der absehbaren Verknappung der fossilen Energieträger setzte eine stärkere geologische Erkundung und technische Weiterentwicklung der Geothermie ein.

Da die eigentliche Energie, der Geothermie, kostenlos ist, wird die Wirtschaftlichkeit einer Geothermienutzung vor allem durch die Investitionskosten (Zinsen) und Unterhaltskosten der Anlagen bestimmt.

Unter den gegenwärtigen politischen Rahmenbedingungen (Erneuerbare-Energien-Gesetz) ist eine Wirtschaftlichkeit bei größeren Geothermieanlagen auch in Deutschland in vielen Gebieten, wie zum Beispiel in Oberbayern, Oberrheingraben und Norddeutsches Becken, erreichbar.

Grundsätzlich sind größere Geothermieanlagen (über 0,5 MW und mit einer Tiefe von mehr als 500 m) immer mit gewissen Fündigkeitsrisiken behaftet, da die tieferen Erdschichten eben nur punktuell und oft in geringem Ausmaß erkundet sind. Dabei lassen sich die anzutreffenden Temperaturen meist recht gut prognostizieren. Die bei hydrothermalen Anlagen aber besonders relevanten Schüttmengen sind jedoch häufig nicht gut vorhersehbar. Neuerdings werden allerdings Risikoversicherungen dazu angeboten. Zur Minimierung des Fündigkeitsrisikos wurde das Geothermische Informationssystem (gefördert vom BMU) erstellt.

Die oberflächennahe Erdwärmenutzung für die Heizung von Gebäuden mittels einer Wärmepumpe ist bereits in vielen Fällen konkurrenzfähig. Wärmepumpenheizungen bestehen in der Regel aus einer oder mehreren Erdwärmesonde(n) und einer Wärmepumpe bzw. mehreren parallel geschaltet. 2004 wurden in Deutschland etwa 9.500 neue Anlagen errichtet, 2006 waren es schon 28.000, der Bestand übersteigt 130.000. In der Schweiz waren es 2004 rund 4.000 neue Anlagen mit Erdwärmenutzung. Der Marktanteil in Deutschland ist im Gegensatz zu Ländern wie Schweden, der Schweiz oder Österreich jedoch noch gering.

Bei den Betriebskosten spielt die Beständigkeit der Anlagen gegen Verschleiß (beispielsweise bewegte Teile einer Wärmepumpe oder eines Stirlingmotors) eine Rolle. Bei offenen Systemen kann Korrosion durch aggressive Bestandteile im wärmetransportierenden Wasser entstehen (alle Teile in der Erde und die Wärmeübertrager). Diese früher bedeutenden Probleme sind heute jedoch technisch weitestgehend gelöst.

Ökologische Aspekte

Energiepotential

Die Geothermie wird zu den regenerativen Energiequellen gezählt, da ihr Potenzial als sehr groß und nach menschlichem Ermessen unerschöpflich gilt. Der kumulierte Energieaufwand (KEA, auch: graue Energie) von Geothermie liegt in dem Bereich von 0,12 .[69] Theoretisch würde allein die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeicherte Energie ausreichen, um die Welt für etwa 100.000 Jahre mit Energie zu versorgen. Allerdings ist nur ein sehr kleiner Teil dieser Energie technisch nutzbar. Im Arbeitsbericht 84 des Büros für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag[70] wurde 2003 ein jährliches technisches Angebotspotenzial aus geothermischer „Stromerzeugung von ca. 300 TWh/a für Deutschland ermittelt, was etwa der Hälfte der gegenwärtigen Bruttostromerzeugung entspricht“. Die Berechnungen in der Studie ermitteln einen nachhaltigen Nutzungszeitraum von eintausend Jahren für diese Form von zu 50 Prozent geothermischer Gesamtstromerzeugung. Entscheidenden Einfluss bei der Realisierung einer nachhaltigen Nutzung hat das Wärmeträgerfluid (Wasser oder Dampf). Wird die Wärme über das Fluid im großen Maßstab dem Untergrund entzogen, so wird, in Abhängigkeit von den geologischen Rahmenbedingungen, regional mehr Wärme entzogen, als durch den natürlichen Wärmestrom zunächst „nachfließen“ kann. So gesehen wird die Wärme zunächst „abgebaut“. Nach Beendigung der Nutzung werden sich jedoch die natürlichen Temperaturverhältnisse nach einer gewissen Zeit wieder einstellen. Das Entnahmeszenario der Studie berücksichtigt die Wärmeströme in der Potenzialberechnung. Geothermie ist wie Biomasse oder Wasserkraft bei der Stromerzeugung und nicht wärmegesteuerten Kraftwerken grundlastfähig.

Regeneration des Wärmereservoirs

Da bei Geothermiekraftwerken in Regionen mit geringem oder durchschnittlichem Wärmestrom mehr Wärmeenergie aus der Erdkruste entnommen wird, als natürlich nachströmen kann, wird die in der Erdkruste gespeicherte Energie abgebaut. Die Nutzungsdauer eines Kraftwerks bzw. Standortes ist also je nach Rate der entnommenen Energie begrenzt. Allerdings regeneriert sich das Wärmereservoir durch den natürlichen Wärmestrom nach einiger Zeit. Die Regeneration eines Wärmereservoirs im Bereich der Kaltwasserinjektion richtet sich sehr stark nach den geologischen Rahmenbedingungen. Wichtig ist dabei, ob die Wärme ausschließlich über Wärmeleitung von unten nachgeführt wird oder zusätzlich Wärme über den Transport von warmem Wasser konvektiv nachgeführt wird.

Regeneration in klüftigem System

Wärmetransport durch Konvektion ist immer effektiver, da das Problem der Begrenzung des Wärmetransports durch den Widerstand des Gebirgskörpers gegen die Wärmeleitung umgangen wird. Deswegen sollte ein Investor für Geothermieprojekte nach Möglichkeit geologische Regionen suchen, in denen durch Klüfte warmes oder heißes Tiefenwasser nachströmt (offene Kluftsysteme):

  • Karstgebiete (beispielsweise bayerisches Molassebecken) oder
  • Zonen mit offenen Kluftsystemen (beispielsweise der Oberrheingraben)

sind daher für Geothermieprojekte bevorzugte Regionen in Deutschland.

In einer Modellrechnung über den Wärmetransport wurde in diesem Zusammenhang exemplarisch für einen Standort im bayerischen Molassebecken das Folgende festgestellt: Für ein hydrothermales System im Malmkarst mit 50 l/s Reinjektionsrate und 55 °C Reinjektionstemperatur wurde die folgende Zeitdauer für die vollständige Wärmeregeneration unmittelbar um die Injektionsbohrung nach Abschluss des Dublettenbetriebs bei rein konduktivem Wärmetransport berechnet: Nach 2.000 Jahren wird eine Temperatur von 97 °C und etwa 8.000 Jahre nach Betriebsende die Ausgangstemperatur von 99,3 °C wieder erreicht: „Die Modellierung der Wärmeregeneration nach Abschluss eines 50 Jahre währenden Betriebszeitraumes unter den gegebenen Randbedingungen verdeutlicht, dass frühestens nach 2000 Jahren mit einer weitgehenden thermischen Regeneration des Reservoirs im Malm zu rechnen ist“. Die Modellrechnung verdeutlicht aber auch das hohe Potenzial des Reservoirs: „Im vorliegenden Szenario kann zusammengefasst gesagt werden, dass im Betriebszeitraum von 50 Jahren erwartungsgemäß nur von einer geringen thermischen Beeinflussung des Nutzhorizontes auszugehen ist, da die erschlossene Malm-Mächtigkeit mehrere 100 Meter beträgt und somit ein ausreichend großes Wärmereservoir zur Wiedererwärmung des injizierten Wassers zur Verfügung steht. Exemplarisch zeigt … die radiale Kaltwasserausbreitung im Injektionshorizont zu diesem Zeitpunkt mit einem Radius von ca. 800 m.“[71]

Wärmetransport in dichtem Gestein

In dichtem Gestein kann die nachhaltige Entnahme ausschließlich aus dem Wärmestrom abgedeckt werden, der durch die Wärmeleitung geliefert wird. Der Wärmestrom hängt dann vom Wärmeleitkoeffizienten ab. Die Entnahme ist dann so zu gestalten, dass während der geplanten Betriebsdauer die Rücklauftemperatur nicht unter den Mindestwert absinkt, der durch das Nutzungskonzept bestimmt wird.

Emissionen

Durch Geothermie werden im Untergrund Schwefelverbindungen im Wasser ausgewaschen und gelöst. Wasser kann mit steigender Temperatur weniger vom Klimagas Kohlendioxid (CO2) halten.[72] Diese in der Natur vorhandenen Gase CO2 und H2S werden durch Geothermie in die Atmosphäre freigesetzt, sofern sie nicht technisch aufgefangen und abgeschieden werden wie mit der Aminwäsche, die bei der Rauchgasentschwefelung oder im Direct air capture eingesetzt wird.[73] Allerdings kann das kalte Wasser die heiß emittierten Gase erneut aufnehmen. Diese Gelegenheit wurde als kostengünstiges CCS seit 2007 am Hellisheiði-Kraftwerk genutzt und in Form der CarbFix-Projekte zunächst experimentell gestartet, zumal Basalt oft an für Geothermie nutzbaren Orten vorhanden ist.[74]

Risiken

Risiken eines Geothermieprojekts für die Sicherheit

Die oberflächennahe Geothermie kann bei der Einhaltung des Standes der Technik und einer ausreichend intensiven Überwachung und Wartung so errichtet und betrieben werden, dass in der Regel keine erheblichen Risiken von solchen Anlagen ausgehen. Durch die stark angestiegene Verbreitung dieser Nutzungsform steigt jedoch auch entsprechend das Risiko von technischem Versagen wegen Übernutzung der Potenziale (im Anstrom steht eine nicht bekannte Anlage oder wird eine Anlage errichtet, die den Grundwasserstrom vorkühlt) oder von Fehlplanungen. Gleiches gilt für Mängel in der Bauausführung.

Die Nutzung tiefer Geothermie muss sehr sorgfältig geplant und durchgeführt werden, um die damit verbundenen Risiken im für eine Genehmigung zulässigen Bereich zu halten. Die Tiefbohrtätigkeiten werden daher von zahlreichen Behörden intensiv überwacht und setzen ein umfangreiches Genehmigungsverfahren voraus. So wird das gegebene Risiko als planbar herstellbar bezeichnet, wenn beispielsweise folgende Aspekte beachtet werden:

Risiken seismischer Ereignisse

Kleinere, kaum spürbare Erderschütterungen (Induzierte Seismizität) sind bei Projekten der tiefen Geothermie in der Stimulationsphase (Hochdruckstimulation) möglich. Im späteren Verlauf, soweit nur der Dampf entzogen wird und nicht reinjiziert wird, ist es durch Kontraktion des Speichergesteins zu Landabsenkungen gekommen (beispielsweise in Neuseeland, Island, Italien). Diese Probleme führten bereits zur Einstellung von Geothermieprojekten (beispielsweise Geysers-HDR-Project der AltaRock Energy Inc.[75] Kalifornien 2009[76] und Kleinhüningen bei Basel 2009).

Die Gesteine des Cooperbeckens in Australien gelten für wirtschaftliche Bohrtiefen und unabhängig von vulkanischer Aktivität als vergleichsweise heiß.[77] Als das Reservoir angebohrt wurde, kam es zu einem kleinen Erdbeben mit einer Magnitude auf der Richterskala von 3,7.[78] Ein Tiefengeothermie-Projekt in Südkorea wird für ein Folgebeben der Stärke 5,5 verantwortlich gemacht.[79]

Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten seismischer Ereignisse und deren Intensität richtet sich stark nach den geologischen Gegebenheiten (beispielsweise wie permeabel die wasserführende Gesteinsschicht ist) sowie nach der Art des Nutzungsverfahrens (beispielsweise mit welchem Druck das Wasser in das Gestein injiziert wird oder mit welchem Druck stimuliert wird).

Generell ist eine verlässliche Bewertung der Risiken durch tiefe Geothermie in Deutschland, speziell im tektonisch aktiven Oberrheingraben, nur begrenzt möglich, da dort bislang nur wenige langfristige Erfahrungswerte vorliegen; die Seismizitäten von Basel und Landau verdeutlichen, dass eine sorgfältige Planung und Ausführung für die Aufrechterhaltung der Sicherheit in einem Geothermieprojekt wichtig ist: Ob stärkere Schadensbeben durch Geothermie ausgelöst werden können, ist derzeit (Stand: 2015) umstritten, war aber die Grundlage für die Einstellung des Vorhabens in Basel. So führen stärkere Wahrnehmung, erhöhte Sensibilität sowie genauere Prüfungen zu Verzögerungen bei der Nutzung.[80]

Kleinhüningen bei Basel (2006)

Beim Bau des geplanten Geothermieprojektes Deep Heat Mining Basel in Kleinhüningen im Großraum Basel/Schweiz gab es von Dezember 2006 bis März 2007 fünf leichte Erschütterungen mit abnehmender Magnitude (von 3,4 bis 2,9). Dadurch entstanden leichte Gebäudeschäden, verletzt wurde niemand. Eine nachträgliche Risikoanalyse stellte fest, dass der Standort ungeeignet ist. Das Vorhaben wurde abgebrochen.

Landau in der Pfalz (2009)

Beim Geothermiekraftwerk Landau in Landau in der Pfalz hat es 2009 zwei leichte Erderschütterungen mit einer Stärke von ca. 2,5 auf der Richterskala gegeben[81], die jedoch nicht ursächlich mit dem Kraftwerk zusammenhängen sollen, wie ein Gerichtsgutachten 2014 feststelle.[82]

Landau war ein zentraler Forschungsort der BMU-Projekte MAGS und MAGS2 (2010 bis 2016) zur Erforschung induzierter Seismiziät. Im Rahmen dieses Projektes wurden weitere Messstationen mit vorwiegend Forschungsaufgaben eingerichtet. Mit der Inbetriebnahme des Geothermiekraftwerkes Insheim 2012 werden diese beiden Kraftwerke gemeinsam überwacht.

Das Kraftwerk Landau wurde 2014 nach Wiederauftreten neuer Schäden stillgelegt. Danach gab es nur mehrere kurzzeitige Probebetriebe.

Potzham/Unterhaching bei München (2009)

Am 2. Februar 2009 wurden bei Potzham nahe München zwei Erdstöße der Stärke 1,7 und 2,2 auf der Richterskala gemessen. Potzham liegt in unmittelbarer Nähe des 2008 fertig gestellten Geothermiekraftwerks Unterhaching. Die gemessenen Erdstöße ereigneten sich ca. ein Jahr nach Inbetriebnahme dieses Kraftwerks.[83] Aufgrund der großen Herdtiefe ist ein unmittelbarer Zusammenhang zum Geothermieprojekt Unterhaching jedoch fraglich. Weitere Mikrobeben wurden gem. Geophysikalischem Observatorium der Uni München in Fürstenfeldbruck dort nach der Installation weiterer Seismometer zwar beobachtet, sie lagen jedoch alle unter der Fühlbarkeitsgrenze. Auch die größten Ereignisse in Potzham lagen unterhalb der Fühlbarkeitsgrenze gemäß der Einteilung der Richterskala. Auch sie wurden daher mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht verspürt, sondern nur von Geräten aufgezeichnet.

Sittertobel bei St. Gallen (2013)

Beim Geothermieprojekt St. Gallen waren im Juli 2013 nach mehreren Erdstößen in 4 km Tiefe bis zu einer Magnitude von 3,6[84] die Bohrarbeiten für mehrere Wochen unterbrochen, um das Bohrloch zu stabilisieren.[85][86] Das Projekt erwies sich später aufgrund einer zu geringen gemessenen Förderrate als nicht wirtschaftlich und wurde eingestellt.

Poing bei München (2016, 2017)

Am 7. Dezember 2016 um 6:28 Uhr gab es ein deutlich spürbares Erdbeben in Poing, Bayern. Die Magnitude betrug 2,1, und die MSK-Intensität wurde mit 3,5 angegeben.[87] Am 20. Dezember 2016 ereignete sich gegen 4:30 Uhr in Poing ein weiteres Beben der Magnitude 2,1.[88] Aus Sicht von einigen Forschern kommt als Ursache die Geothermieanlage in Poing in Betracht.[88] Seismische Messungen haben sogar sechs Erdbeben bei Poing in den beiden Monaten November bis Mitte Dezember 2016 aufgezeichnet, wovon allerdings vier unterhalb der Fühlbarkeitsgrenze lagen. Seit den 1990er Jahren können Erdbeben in ganz Deutschland ab einer Magnitude von 2 zuverlässig registriert und zugeordnet werden. Bis zu den Ereignissen durch die Geothermie wurden nur wenige, kaum spürbare Beben im Großraum München registriert. Seit dem 14. Dezember 2016 ist in Poing im Bereich der Geothermie eine weitere seismologische Station in Betrieb. Sie dient der Erfassung der Schwingungsimmissionen (Schwinggeschwindigkeiten), denn nur diese können zur Beurteilung einer möglichen Schadenswirkung herangezogen werden. Hier ist der Anhaltswert nach DIN 4150-3 5mm/s. Bei Schwinggeschwindigkeiten unterhalb dieses Wertes sind auch kleine (kosmetische) Schäden an Gebäuden ausgeschlossen.[89]

Am 9. September 2017 wurde gegen 18:20 Uhr ein erneutes Erdbeben in Poing von vielen Menschen gespürt.[90] Laut dem Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam hatte das Beben eine Magnitude von 2,4 nach Richter und wurde in einer Tiefe von zwei Kilometern ausgelöst.[91] Der Bayerische Erdbebendienst gibt die Magnitude mit 2,1 nach Richter, und die Tiefe mit 3 km an.[92] Die gemessene Schwinggeschwindigkeit betrug 1,6 mm/s, was Schäden an Gebäuden ausschließt. Die Tiefe, in der in Poing Geothermie betrieben wird, beträgt ebenfalls 3 km.[93] Dabei werden etwa 100 Liter pro Sekunde aus der Förderbohrung am westlichen Ortsausgang entnommen und nach Nutzung und Abkühlung in die Reinjektionsbohrung an der Plieninger Gemeindegrenze zurück geleitet.[94]

Obwohl ein Erdbeben mit Magnituden 2–3 eigentlich generell nur sehr schwach gespürt wird, beschreiben die Menschen in Poing einen lauten Knall bzw. Donner, verbunden mit einer Erschütterung, die sich anfühlt, als würde sich der komplette Boden wie durch eine Welle anheben. Andere beschrieben ein Gefühl, als sei in der Nachbarschaft etwas explodiert.[91] Der Grund für den Knall und das deutliche Spüren des Bebens dürfte in der vergleichsweise geringen Herdtiefe des Bebens (nur ca. 2–3 km) liegen. Grundsätzlich werden seismische Ereignisse, die mit einem Knall verbunden sind als beängstigender empfunden als gleichstarke Ereignisse ohne Knall. Auf mögliche Gebäudeschäden hingegen hat der Knall keinen Einfluss. Zwei Tage nach dem Erdbeben hat die Bayernwerk AG die Geothermieanlage vorübergehend für ein paar Wochen abgeschaltet. Dies geschah auf Drängen des Poinger Bürgermeisters und ohne Schuldeingeständnis des Betreibers.[95] Man will die Ergebnisse eines bereits im vergangenen Jahr beauftragten Gutachtens des Leibniz Instituts für Angewandte Geophysik (LIAG) abwarten, bevor über das weitere Vorgehen entscheiden werde.[96] Das Poinger Erdbeben hatte zur Folge, dass 2018 im nahe gelegenen Puchheim ein Bürgerentscheid mit deutlicher Mehrheit dort den Bau einer Geothermie-Anlage ablehnte.[97] Laut einem Gutachten können die in Poing verspürten Beben nicht für die reklamierten Gebäudeschäden verantwortlich gemacht werden.[98]

Schäden an Gebäuden und Infrastruktur

Da bei der oberflächennahen Geothermie, wenn die Wärmeenergie dem Untergrund durch geschlossene Erdsonden entnommen wird, dem Untergrund kein Wasser entzogen wird (wie bei einem Brunnen) und auch kein Wasser eingeleitet wird, ist bei ordnungsgemäßer Ausführung nicht mit Senkungen oder Hebungen der Erdoberfläche zu rechnen, somit auch nicht mit Gebäudeschäden. Wenn dennoch gelegentlich derartige Probleme auftraten, so ist dies durchweg auf eine unsachgemäße Durchführung der Flachbohrungen zurückzuführen. Hier haben dann die Flachbohrungen der Geothermie dieselben Risiken wie Flachbohrungen für andere Zwecke wie Baugrunderkundung, Geotechnik oder Gründung von Bauwerken.

Im Jahr 2012 existierten in Deutschland nahezu 300.000 Installationen oberflächennaher Nutzung von Geothermie. Jährlich kommen etwa 40.000 neue dazu. In einigen Fällen sind Probleme aufgetreten, die jedoch vor allem einen Bedarf an verbesserter Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung aufgezeigt haben.

Als herausragend ist in diesem Zusammenhang der massive Schadensfall von Staufen zu nennen. Dieser und weitere Problemfälle sind nachfolgend aufgeführt; die Stadt Freiburg hat in der Folge ihre Auflagen zur Nutzung oberflächennaher Geothermie verschärft, sie sind jetzt genehmigungspflichtig. Im Jahr 2008 hatte es dort in zwei Fällen Probleme mit Sondenbohrungen gegeben: In einem Fall war ein Abwasserkanal beschädigt worden, in einem anderen Fall sprudelte aus einer versiegten Quelle dreckiges Wasser heraus.[99][100]

Böblingen

In Böblingen zeigen sich seit 2009 in nun 80 Häusern immer größer werdende Risse. Ein Zusammenhang mit den Erdwärmesondenbohrungen ist noch nicht nachgewiesen, jedoch liegt ein Verdacht gegen ältere Sondenbohrungen durch Anhydrit-Quellen im Gipskeuper vor.[101][102]

Kamen-Wasserkurl

In Kamen haben sich nach Erdwärmebohrungen zur Erschließung oberflächennaher Geothermie im Juli 2009 mehrere Tage lang die Häuser gesetzt. „Die Ursache, warum in Kamen-Wasserkurl 48 Kubikmeter Boden plötzlich in einem Loch verschwanden, ist geklärt: Erdwärmebohrungen vergrößerten bereits vorhandene Risse im Felsgestein. Die Schuldfrage kann indes nur in einem langwierigen Rechtsverfahren geklärt werden.“[103][104]

Leonberg-Eltingen

Im Jahr 2011 führten Probebohrungen in 80 Metern Tiefe im Leonberger Stadtteil Eltingen zu Rissen an ungefähr 25 Häusern. Auch hier hatte abfließendes Grundwasser zu Senkungen geführt. Im Jahr 2012 wurden die Bohrungen mit Zement abgedichtet.[105]

Rottenburg-Wurmlingen

Im Jahr 2002 waren im Kapellenweg in Rottenburger Stadtteil Wurmlingen Bohrungen durchgeführt worden.[106] 2011 musste der Weg für den Durchgangsverkehr gesperrt werden, da sich darin große Löcher befanden. Zudem wurden mehrere Gebäude beschädigt. Die Ursache liegt auch hier in der Gipskeuperschicht begründet, die durch Grund- oder Regenwasser langsam ausgewaschen wird und damit ein Absenken des Bodens bewirkt.[107]

Rudersberg-Zumhof

In Zumhof, einem Dorf der Gemeinde Rudersberg im Rems-Murr-Kreis, wurden in den Jahren 2007 und 2009 Bohrungen für 20 Erdwärmesonden niedergebracht. Bei einer zusätzlichen Bohrung, die nicht mit Zement abgedichtet war, brach das Bohrgestänge ab. Im Oktober 2012 betrug die Hebungsgeschwindigkeit infolge des Gipskeuperquellens dort 7 Millimeter pro Monat.[108] Die schadhaften Bohrungen werden seit März 2013[109] zur Sanierung überbohrt und sollen anschließend mit Ton verschlossen werden, nachdem man das Bohrgestänge geborgen hat. Zudem soll Grundwasser abgepumpt werden.[110] Das Bohrunternehmen schloss einen Vertrag mit dem zuständigen Landratsamt, damit dessen Versicherung die Reparatur bezahlen kann. Die Geschädigten müssen indes direkt gegen das Unternehmen klagen.[109]

Schorndorf

In Schorndorf im Rems-Murr-Kreis sank nach Geothermiebohrungen in 115 Metern Tiefe im Jahr 2008 der Grundwasserspiegel ab, da die Bohrungen ein Abfließen in tiefere Gesteinsschichten bewirkt haben. Das dadurch fehlende Volumen führte zu einer Senkung der Erdoberfläche, die die Keplerschule sowie ein knappes Dutzend Privathäuser beschädigte.[111]

Staufen im Breisgau

In Staufen traten im Jahr 2008 nach dem Abteufen mehrerer Erdwärmesonden (mit je ca. 140 m Tiefe), zur Beheizung unter anderem des Rathauses, erhebliche kleinräumige Hebungen von bis zu 20 cm im bebauten Stadtgebiet auf, die zu großen Zerrungen und Stauchungen bzw. Schiefstellungen an Gebäuden führten. Über 200 Häuser wurden dabei erheblich beschädigt. Die Ursache ist eine Reaktion von Wasser mit Anhydrit (wasserfreier, dehydrierter Gips).[112] Durch die Umwandlung von Anhydrit zu Gips nimmt das Gestein Kristallwasser auf, wodurch es an Volumen zunimmt. Geschieht dies großflächig, so wird die Ausdehnung ggf. zur Tagesoberfläche übertragen und führt dort zu punktuellen Hebungen, wodurch die Tagesoberfläche deformiert wird. Dadurch entstehen Risse an den betroffenen Häusern. Das Problem des Aufquellens von Anhydrit bei der Umwandlung zu Gips ist aus dem Tunnelbau und dem Tiefbau bekannt und hängt von den regionalen geologischen Bedingungen ab (beispielsweise im sog. Gipskeuper Südwestdeutschlands).

Schadensursache sind auch ungenügende geologische Recherchen (Kosteneinsparung) und zu große Bohrneigung durch „preiswerte Bohrungen“ (Kosteneinsparungen). Hier wurde an falscher Stelle gespart.

Die Umwandlung von Anhydrit zu Gips ist auch ein natürlicher Prozess, immer wenn ein Anhydrit-haltiges Gestein innerhalb der Verwitterungszone mit Oberflächenwasser, Niederschlagswasser bzw. Grundwasser in Kontakt kommt (Hydratationsverwitterung). Ab einer bestimmten Tiefe in der Erdkruste sind die Druck- und Temperaturverhältnisse so hoch, dass eine Kristallumwandlung trotz Wasserkontakt nicht mehr eintritt.

Mitte 2013 wurde das erste Haus abgerissen. 270 Häuser wurden beschädigt. Der Schaden wird mit 50 Mio. € bewertet. Bis Mitte 2013 wurden 7,5 Mio. € für den Schadensausgleich verwendet, an dem sich auch das Land Baden-Württemberg und der kommunale Finanzausgleich beteiligt haben.[113]

Allgemeine Risiken

Bei der Förderung von Thermalfluiden (Wasser/Gas) stellen ggf. die Inhaltsstoffe des geförderten Lagerstättenwassers eine Umweltgefahr dar, falls das Fluid nicht gereinigt oder überprüft wird. Die Reinjektion der Thermalfluide erfolgt in Deutschland jedoch bei allen Geothermieanlagen, so dass dies nur ein theoretisches Risiko ist.

Im Bereich der oberflächennahen Geothermie besteht das Risiko, bei Nutzung eines tieferen Grundwasserleiters den trennenden Grundwassernichtleiter derart zu durchstoßen, dass ein die Grundwasserstockwerke verbindendes Fenster entsteht, mit der möglichen Folge nicht erwünschter Druckausgleiche und Mischungen. Bei einer ordnungsgemäßen Ausführung der Erdwärmesonde wird dies allerdings zuverlässig verhindert. Es wurden nach entsprechenden Schadensfällen ausführliche Richtlinien zur Qualitätssicherung eingerichtet, um diesem Risiko zu begegnen.

Ein weiteres potenzielles Risiko bei einer Geothermiebohrung ist das Anbohren von Artesern. Bei unsachgemäßer Bohrausführung kann es zum spontanen Austritt von Grundwasser am Bohransatzpunkt und zu einer kleinräumigen Überschwemmung kommen.[114]

Auch gespannte (unter Überdruck stehende) Gase können unvermutet von einer Tiefbohrung angetroffen werden und in die Bohrspülung eintreten. Denkbar sind Erdgas, Kohlendioxid oder auch Stickstoff. Solche Gaseintritte sind meistens nicht wirtschaftlich verwertbar. Gaseintritten ist bohrtechnisch durch entsprechende Maßnahmen zu begegnen, wie sie für Tiefbohrungen vorgeschrieben sind. Der Fall St. Gallen hat die Wirksamkeit dieser Maßnahmen bestätigt.

Regeln der Technik zur Minimierung der Risiken

Zur Beherrschung des Problems Induzierte Seismizität hat der GtV-Bundesverband Geothermie mit Hilfe einer internationalen Forschergruppe ein Positionspapier erarbeitet, das als Hauptteil umfangreiche Handlungsanweisungen zur Beherrschung der Seismizität bei Geothermieprojekten vorschlägt.[115]

Im Zusammenhang mit Gebäudeschäden in der Stadt Staufen ist eine Diskussion um Risiken der oberflächennahen Geothermie entbrannt. Untersuchungen dazu, ob das Aufquellen von Anhydrit die Ursache sein könnte, wurden inzwischen beauftragt. Das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau in Freiburg hat als Konsequenz empfohlen, bei Gips- oder Anhydritvorkommen im Untergrund auf Erdwärmebohrungen zu verzichten.[116] Da ganz geringe Mengen an Gips/Anhydrit bei etwa zwei Drittel der Fläche des Landes vorkommen können, deren genaue Verbreitung aber weitgehend unbekannt ist, wurde diese Vorgehensweise von der Geothermie-Industrie als überzogen kritisiert.[117]

Baden-Württemberg

Nach zumindest in zeitlichem Zusammenhang mit Erdwärmenutzungs-Sondierungen aufgetretenen Erdabsenkungen in Leonberg und Renningen (beide im baden-württembergischen Landkreis Böblingen) reduzierte das Landes-Umweltministerium die maximale Bohrtiefe für die oberflächennahe Geothermie: die Bohrungen dürfen nur mehr bis zur obersten Grundwasser führenden Schicht niedergebracht werden.[118][119]

Im März 2015 stellte das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau das Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für Baden-Württemberg (ISONG) online zur Verfügung,[120] es soll einer besseren Risikoabschätzung und Gefahrenminimierung im Zusammenhang mit der Erkundung und Nutzung der Geothermie dienen sowie „erste Informationen zur Planung von Erdwärmesonden bis max. 400 m Tiefe“ liefern.[121]

Hinweise, wie eine sichere Geothermiebohrung hergestellt werden kann, findet man im Leitfaden zur Nutzung von Erdwärme mit Erdwärmesonden des Umweltministeriums Baden-Württemberg.[122]

Risiken für die Wirtschaftlichkeit eines Geothermieprojekts

Politische Risiken

Politische Risiken bestehen grundsätzlich darin, dass die politisch vorgegebenen Rahmenbedingungen während der Projektlaufzeit geändert werden. Das derzeit (2017) größte politische Risiko ist das neue Gesetz zur Standortsicherung von Anlagen zur Entsorgung radioaktiver Abfälle (StandAG). Dieses Gesetz geht in einer ersten Phase, deren Dauer unbestimmt ist, von einer 'weißen Landkarte' aus, das heißt, alle Standorte sind für ein nukleares Endlager reserviert und dürfen nicht anderweitig, also auch nicht geothermisch, genutzt werden. Dies ist ein De-facto-Verbot für Geothermie mit Bohrtiefen größer 200 m. Genehmigungen können nur in einem langwierigen Verfahren mit noch nicht arbeitsfähigen Behörden erworben werden.

Wirtschaftlichkeitrisiken eines oberflächennahen Projekts

Bei der oberflächennahen Geothermie besteht das größte Risiko in einer Übernutzung der Geothermiepotentiale. Wenn benachbarte Geothermieanlagen sich gegenseitig beeinflussen, kann die Vorlauftemperatur der im Abstrom des Grundwassers gelegenen Anlage so weit abgesenkt werden, dass die Wärmepumpe nur noch mit einer sehr ungünstigen Leistungszahl betrieben werden kann. Dann heizt der Nutzer im Grunde genommen mit Strom und nicht mit Erdwärme. Das Tückische daran ist, dass die Fläche im Anstrom des Grundwassers, in der eine Errichtung einer weiteren Anlage zu einer zusätzlichen erheblichen Absenkung der Temperatur des Grundwassers für die betroffene Anlage führt, sehr groß sein kann und es für den Betreiber schwierig ist, die Ursache hierfür zu erkennen. Er wird das wahrscheinlich nur merken, wenn er den außentemperaturbereinigten Stromverbrauch ins Verhältnis zur genutzten Wärmemenge setzt, um so die Leistungszahl beobachten zu können. Das erfordert aber die Kenntnis der mittleren wirksamen Außentemperatur und der im Haus abgegebenen Wärmemenge und bedarf eines großen Messaufwandes.

Wirtschaftlichkeitsrisiken eines tiefen Projekts

Bei der tiefen Geothermie sind vor allem das Fündigkeitsrisiko und das Umsetzungsrisiko zu beachten.

Die Risiken können beim Eintreten des Schadensfalls zu einer Unwirtschaftlichkeit des Vorhabens führen. Um das Scheitern von Geothermieprojekten zu verhindern, bietet die öffentliche Hand für Kommunen Bürgschaften an (beispielsweise durch die KfW), die wirksam werden, wenn zum Beispiel in einer Bohrung einer bestimmten kalkulierten Tiefe kein heißes Tiefenwasser nach einer Tiefenwasser-Schüttung in ausreichender Menge gefördert werden kann. Auch einige große Versicherungen bieten solche Versicherungsprodukte an.

Fündigkeitsrisiko

Das Fündigkeitsrisiko ist das Risiko bei der Erschließung eines geothermischen Reservoirs, Thermalwasser aufgrund fehlkalkulierter Prognosen über die benötigte Tiefe der Bohrung nicht in ausreichender Quantität oder Qualität fördern zu können.

Ab einer gewissen Tiefe wird das geothermische Potenzial immer erschlossen, jedoch steigen mit zunehmender Tiefe die Bohrkosten überproportional und es wird mehr und spezielleres Know-how nötig. Sind die verfügbaren Mittel und damit die Bohrtiefe (etwa auf wenige Kilometer) eng begrenzt, muss unter Umständen das ganze Bohrprojekt wenige hundert Meter vor einem nutzbaren Wärmereservoir für eine Tiefenwasser-Schüttung abgebrochen werden.

Die Quantität definiert sich dabei aus Temperatur und Förderrate. Die Qualität beschreibt die Zusammensetzung des Wassers, die sich beispielsweise durch Salinität oder Gasanteile ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit auswirken kann, jedoch weitgehend betriebstechnisch beherrschbar ist.[123] Um das Fündigkeitsrisiko für den Investor abzufedern, werden mittlerweile Fündigkeitsversicherungen auf dem Versicherungsmarkt angeboten.

Umsetzungsrisiko
Betriebsrisiko

Während des Betriebes können Prozesse zu Einwirkungen auf das Projekt führen, die den Wärmeertrag so mindern, dass unplanmäßige Wartungsarbeiten erforderlich werden (beispielsweise Auflösungen von Kristallbildungen durch Säuerung). Da dann meistens teure Bohrausrüstungen angemietet und Fachleute bezahlt werden müssen, kann das zur Unwirtschaftlichkeit des Gesamtvorhabens führen.

Konkurrierende Nutzung

Konkurrierende Nutzung zur Tiefengeothermie können Projekte der Kohlenwasserstoffförderung oder -speicherung darstellen. Vor allem der starke Ausbau von Untertage-Gasspeichern steht in einigen Regionen Deutschlands (Molasse, norddeutsche Ebene, Rheintalgraben) in direkter Konkurrenz zu tiefengeothermischen Projekten. Aktuell in der Diskussion ist auch die Nutzungskonkurrenz durch die Absicht großer Kohlekraftwerksbetreiber und der Industrie, verflüssigtes CO2 in den Untergrund zu Verpressen (CCS-Technologie). Die RWE Dea AG hat dazu bereits die Hälfte des Landes Schleswig-Holstein bergrechtlich reserviert. Sollte es zu einer Untersuchungsgenehmigung kommen, so wäre dieser Bereich für die Aufsuchung und Nutzung von Erdwärme ausgeschlossen.[125]

Siehe auch

Literatur

Statistikquellen

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Allgemeines

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  • Ernst Huenges: Energie aus der Tiefe: Geothermische Stromerzeugung. in: Physik in unserer Zeit. Wiley-VCH, Weinheim 35.2004,6, S. 282–286, ISSN 0031-9252.
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  • Bußmann, W.: Geothermie – Energie aus dem Innern der Erde. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2012, ISBN 978-3-8167-8321-3.
  • Bauer, Mathias; Freeden, Willi; Jacobi, Hans; Neu, Thomas: Handbuch der Tiefen Geothermie. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2014, ISBN 978-3-642-54511-5
  • Rummel, Fritz (1984) Nutzung der Erdwärme. Geowissenschaften in unserer Zeit; 2, 3; 73–81; doi:10.2312/geowissenschaften.1984.2.73.

Weblinks

Commons: Geothermie - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema
 Wiktionary: Geothermie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  2. 2,0 2,1 The KamLAND Collaboration: Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements. Nature Geoscience 4, 2011, S. 647–651, doi:10.1038/ngeo1205.
  3. Thomas J. Ahrens: Global Earth Physics. American Geophysical Union, 1995, ISBN 978-0-87590-851-9, S. 154 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  4. Henry N. Pollack, Suzanne J. Hurter, Jeffrey R. Johnson: Heat flow from the Earth's interior: Analysis of the global data set. In: Reviews of Geophysics. 31, Nr. 3, 1993, S. 267–280. doi:10.1029/93RG01249.
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  125. Verbändeanhörung im BMWi am 27. August 2010 zeigt erhebliche Widerstände gegen neuen Anlauf für CCS-Gesetz..
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