Oberflächennahe Geothermie und Umweltwärme

Die Nutzung von oberflächennaher Geothermie und Umweltwärme

Inhalt des Wiki-Artikels

• Heizen mit Umgebungswärme
• Vor- und Nachteile von Geothermie und Umweltwärme
• Oberflächennahe Geothermie und Umweltwärme in Deutschland
• Strom aus Erdwärme für zuhause

Sowohl die oberflächennahe Geothermie als auch die Umweltwärme gehören zur sogenannten Umgebungswärme. Durch Technologien wie Wärmepumpen kann Umgebungswärme nutzbar gemacht werden. Als Umweltwärme wird nutzbar gemachte Wärme bezeichnet, die gewonnen wird aus:

• bodennahen Luftschichten (aerothermische Umweltwärme) oder
• Oberflächengewässern (hydrothermische Umweltwärme)

Geothermie ist die im oberflächennahen und tiefem Erdreich gespeicherte Wärme. Auch die im Grundwasser enthaltene Wärme zählt dazu.

Heizen mit Umgebungswärme

Oberflächennahe Geothermie und Umweltwärme sind nicht warm genug, um sie direkt zum Heizen von Gebäuden zu nutzen. Deshalb werden Wärmepumpen eingesetzt, um das Temperaturniveau zu heben und so die Umgebungswärme nutzbar zu machen. Meist werden bei Wärmepumpen Flächenheizungen realisiert, also Fußbodenheizungen oder auch Wandheizungen. Flächenheizungen brauchen nämlich nur niedrige Vorlauftemperaturen. Wärmepumpen können auch mit anderen Wärmeerzeugungsanlagen kombiniert werden, zum Beispiel mit einer Pellets- oder einer Gasheizung.

Wärmepumpen, die aus oberflächennaher Geothermie oder Umweltwärme nutzbare Wärme zum Heizen bereitstellen, werden elektrisch betrieben, sie verbrauchen also Strom. Besonders nachhaltig und günstig ist der Betrieb von Wärmepumpen, wenn sie mittels Photovoltaik mit Strom versorgt werden. Umgebungswärme kann nicht nur zum Heizen, sondern auch zum Kühlen genutzt werden. Wärmepumpen mit passiver Kühlung halten die Räume eines Gebäudes mit sehr geringem Energieaufwand kühl. Es gibt aber auch welche mit aktiver Kühlung, wie zum Beispiel Luftwärmepumpen mit Kühlfunktion. Die warme Außenluft muss aktiv gekühlt werden, der Energieverbrauch ist dementsprechend höher.

Vor- und Nachteile von Umweltwärme und Geothermie

Mit der Nutzung von oberflächennaher Geothermie und Umweltwärme gehen sowohl Vor- als auch Nachteile einher. Ein großer Vorteil der Umgebungswärme ist, dass sie zu den erneuerbaren Energien zählt, also unbegrenzt zur Verfügung steht. Dazu kommt, dass Geothermie und Umweltwärme an sich kostenlos sind. Durch die Nutzung einer Wärmepumpe statt einer mit fossilen Brennstoffen betriebenen Heizung lassen sich die CO₂-Emissionen um 90 Prozent senken, was dem Klima zugutekommt.

Ein Nachteil von Umweltwärme und oberflächennaher Geothermie ist, dass die Investitionskosten für die Installation einer Wärmepumpe recht hoch sind. Wie hoch die Kosten sind, hängt von der Art der Wärmepumpe und der gegebenen Örtlichkeit ab. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Vor- und Nachteile der wichtigsten Wärmequellensysteme:

Bei der Nutzbarmachung von oberflächennaher Geothermie besteht der Nachteil, dass es standortabhängig ist, ob eine beziehungsweise welche Art Wärmepumpe installiert werden kann. Bei Erdwärmepumpen, für deren Installation größere Erdarbeiten notwendig sind, müssen zunächst Genehmigungen eingeholt werden. Es muss immer für den Einzelfall bestimmt werden, ob der Einbau einer Wärmepumpe möglich und sinnvoll ist. Als Nachteil von oberflächennaher Geothermie und Umweltwärme wird manchmal angeführt, dass Wärmepumpen Strom verbrauchen. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizungsanlagen, die mit Öl oder Gas befeuert werden, ist die benötigte Energiemenge allerdings gering. Zudem kann mit der Einbindung einer Photovoltaikanlage der für den Betrieb der Wärmepumpe notwendige Strom selbst erzeugt werden.

Oberflächennahe Geothermie und Umweltwärme in Deutschland

Die Erzeugung von nutzbarer Wärme mittels Geothermie und Umweltwärme hat in Deutschland in der Vergangenheit langsam zugenommen. An der Wärmebereitstellung im Jahr 2017 hatten die erneuerbaren Energien insgesamt einen Anteil von 13,9 Prozent, davon wurden 8 Prozent durch Umweltwärme, tiefe und oberflächennahe Geothermie gedeckt. Im Vergleich zu 2007 ist die jährliche Nettowärmeerzeugung durch Geothermie um rund das 4,5-fache angestiegen. Besonderes Potenzial wird in der Nutzung von geothermischer Energie in Verbindung mit Kraft-Wärme-Kopplung gesehen.

Bei der Nutzbarmachung von oberflächennaher Geothermie sind Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Erdsonde die in Mittel- und Nordeuropa am häufigsten eingesetzten Anlagen. Bei der oberflächennahen Geothermie wird die Wärme aus dem Erdreich oder dem Grundwasser aus einer Tiefe von bis zu 400 Metern gewonnen. Die Temperaturen im oberflächennahen Erdreich reichen bis zu etwa 25 °C. In Deutschland nutzten 2020 bereits mehr als 440 000 Gebäude oberflächennahe Geothermie, darunter:

• Einfamilienhäuser
• Mehrfamilienhäuser
• Schulen
• Krankenhäuser
• Öffentliche Institutionen
• Gewerbebetriebe

Jedes Jahr kommen rund 20 500 neue oberflächennahe Geothermieanlagen dazu. Die Erdwärmesonden werden gewöhnlich in einer Tiefe von 50 bis 160 Metern installiert.

Strom aus Erdwärme für zuhause

Mit Geothermie lässt sich nicht nur nutzbare Wärme, sondern auch Strom gewinnen. Geothermische Anlagen nutzen die tiefe Geothermie zur Stromerzeugung. Energie wird aus Tausenden Metern Tiefe an die Oberfläche befördert. Dabei können natürlich vorkommende Thermalwasser-Lagerstätten oder das Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR) genutzt werden, bei dem kaltes Wasser in bis zu 5000 Meter Tiefe gepumpt wird, wo es sich erwärmt und anschließend wieder nach oben gepumpt wird. Geothermische Anlagen zur Stromerzeugung werden nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und über das Marktanreizprogramm (MAP) gefördert. Strom aus Erdwärme für zuhause kann über einige Energieversorgungsunternehmen bezogen werden. Da neben Genehmigungen eine tiefe Bohrung und eine aufwendige Installation erforderlich sind, die dazu noch hohe Kosten mit sich bringen, ist die tiefe Geothermie nicht für die Eigenversorgung mit Strom zuhause geeignet.