Geothermie

Geothermie
Deutschland hat sich das Ziel gesetzt, bis 2045 weitestgehend klimaneutral zu werden. Um diese Ziele zu erreichen, wurden verschiedene Maßnahmen beschlossen, wie z.B. der Ausbau der erneuerbaren Energien, die Förderung von Energieeffizienzmaßnahmen, die Anpassung des Verkehrs auf klimaschonende Alternativen und die Einführung einer CO2-Bepreisung.
Die Geothermie ist eine erneuerbare Energiequelle, welche die Wärme aus dem Erdinneren nutzt um Strom zu erzeugen oder Gebäude zu heizen und zu kühlen. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen ist die Energie aus der Erdwärme nahezu unerschöpflich und emissionsfrei. Die Geothermie ist ein schnell wachsender Sektor und hat das Potenzial, eine wichtige Rolle in der globalen Energiewende zu spielen. Es ist eine umweltfreundliche und nachhaltige Alternative, die dazu beitragen kann, den Klimawandel zu bekämpfen.

Grundlagen der Geothermie
Grundsätzlich nimmt die Temperatur unterhalb der Erdoberfläche mit zunehmender Tiefe zu. Dieser Temperaturanstieg wird als Temperaturgradient bezeichnet. Der genaue Wert des Temperaturgradienten kann je nach geografischer Lage, geologischen Bedingungen und anderen Faktoren variieren.
In der Regel beträgt der durchschnittliche Temperaturgradient in der Erdkruste etwa 25 bis 30 Grad Celsius pro Kilometer Tiefe. Dies bildet die Grundlage für die Geothermie, da er die Temperaturdifferenz zwischen oberflächennahen Schichten und dem tieferen Erdinneren ermöglicht. Diese Temperaturdifferenz wird genutzt, um Wärmeenergie zu gewinnen und sie für verschiedene Zwecke wie die Stromerzeugung oder Gebäudeheizung zu verwenden. Der Temperaturgradient der Erde spielt somit eine wesentliche Rolle bei der Effizienz und Wirksamkeit geothermaler Energiegewinnung.
Je nach der Tiefe, aus der die Erdwärme genutzt wird, kann die Geothermie in verschiedene Kategorien unterteilt werden.

Geo-Schema 
Quelle: Grafik gestaltet von Jana Temiz mit Vektordateien von Pixabay 

Oberflächennahe Geothermie:
Die Oberflächennahe Geothermie nutzt den Untergrund bis zu einer Tiefe von ca. 400 m und Temperaturen von bis zu 25 °C. Hierbei wird zwischen verschiedenen Methoden unterschieden.
Erdwärmekollektoren sind eine Form der oberflächennahen Geothermie, bei der horizontal verlegte Rohre oder Erdsonden in geringen Tiefen die natürliche Erdwärme aufnehmen, welche in den obersten Erdschichten überwiegend durch Sonneneinstrahlung und Niederschlag gespeist wird. Eine weitere Methode ist die Nutzung des Grundwassers durch Brunnensysteme, bei der die jährlich konstante Grundwassertemperatur von ca. 10°C mittels Grundwasserwärmepumpen in Wärme umgewandelt wird. Eine der häufigsten Formen der Erdwärmenutzung sind Erdwärmesonden, die mittels Bohrungen vertikal in den Boden eingelassen werden, um Erdwärme aus tieferen Schichten zu nutzen.

Geo 2 
Quelle: Grafik gestaltet von Jana Temiz mit Vektordateien von Pixabay

Mitteltiefe / Tiefe Geothermie:
Die hydrothermale Geothermie nutzt das Temperaturpotenzial von wasserführenden Gesteinsschichten (Thermalwasser) in Tiefen von teils 5.000 m. Das Wasser wird direkt genutzt oder über Wärmetauscher für Heizzwecke verwendet. Hydraulische Wärmespeicher können tiefere Bohrungen nutzen, um Wasser in geeignete Gesteinsschichten zu injizieren und später für Heizzwecke zu fördern. Geothermische Kraftwerke operieren in ebenfalls in größerer Tiefe und nutzen geothermisches Fluid direkt zur Stromerzeugung. Alternativ können tiefe Bohrungen auch für die direkte Wärmeversorgung von Industrieprozessen oder Fernwärmenetzen genutzt werden.
Bei der hydrothermalen Geothermie können Thermalwässer von Temperaturen von 40°C bis über 100°C angetroffen werden.
Die petrothermale Geothermie ist nicht abhängig von wasserführenden Gesteinsschichten in der Tiefe. Hierbei wird die gespeicherte Wärme des Umgebungsgesteins in der Tiefe mittels tiefer Erdwärmesonden nutzbar gemacht.
Weiterhin besteht im Ruhrgebiet die Möglichkeit der Nutzung von Grubenwasser des ehemaligen Steinkohlenbergbaus. Hierbei wird das Grubenwasser in den tiefen, gefluteten Schächten und Stollen des Bergbaus zum Heizen von Gebäuden gewonnen.
 
Das Geothermie-Portal NRW
Um den Einstieg in die Erdwärme zu vereinfachen und die Potenziale der Geothermie aufzuzeigen, wurde vom Geologischen Dienst NRW, im Auftrag der Landesregierung Nordrhein-Westfalens, das neue Geothermie-Portal vorgestellt.
Das Online-Portal gliedert sich zunächst nach oberflächennaher, mitteltiefer und tiefer Geothermie und stellt kostenfrei Informationen zu geothermischen Potenzialen des Untergrundes sowie weitere relevante Daten für die Vorplanung zur Verfügung. Bei der oberflächennahen Geothermie werden die Potenziale von Erdwärmekollektoren (bis 2 Meter Tiefe) und von Erdwärmesonden (bis 100 m Tiefe) für Nordrhein-Westfalen einschließlich Recklinghausen dargestellt. Das Potenzial der Erdwärmesonden ist von „gering“ bis „sehr gut“ gestaffelt und wird in Wärmeleitfähigkeit angegeben, je nach ausgewählter Tiefe und wird auf der Karte Nordrhein-Westfalens farblich dargestellt. Weiterhin kann auch per Mausklick ein Standortcheck für erste Einschätzungen zur Nutzungsmöglichkeit an der gewünschten Position durchgeführt werden.
Bei der mitteltiefen und tiefen Geothermie wurden bisher, mit Hilfe von seismischer Messverfahren und Bohrungen, das Rheinland sowie das nördliche Rheinische Schiefergebirge untersucht. Das Portal der mitteltiefen Geothermie liefert Informationen zur Planung von geothermischen Anlagen bis in Tiefen von 1000 m, sowie ergänzende Hinweise zu Altbohrungen, bestehenden Bergbauberechtigungen und Wasserschutzgebieten. Neben dem Standortcheck findet man hier auch ein umfassendes Berechnungs- und Simulationstool für den Einbau von Erdwärmesonden. Für die tiefe Geothermie werden tiefere Gesteinshorizonte, welche natürliche Thermalwässer führen und sich potenziell für den Einsatz einer geothermischen Dublette eignen, betrachtet. Eine Dublette besteht aus der Förderbohrung zur Wasserentnahme und einer Injektionsbohrung zur Rückführung des abgekühlten Thermalwassers.
Das Geothermie-Portal befindet sich im Aufbau und deckt im Bereich der mitteltiefen und tiefen Geothermie momentan noch nicht die gesamte Landesfläche von NRW ab. Derzeit werden die Daten aus den Messungen im Münsterland und im Rheinland ausgewertet und für das Portal aufbereitet. Für die fachliche Beratung einer Detailplanung steht der Geologische Dienst NRW zur Verfügung.
 
Link zum Geothermie-Portal: https://www.geothermie.nrw.de/

Rechtliches und Genehmigungen
Grundsätzlich bedarf es für die Errichtung und den Betrieb von Erdwärmepumpen/Kühlanlagen (Wasser/Wasser, Sonden und Kollektoren) einer wasserrechtlichen Erlaubnis gem. Wasserhaushaltsgesetz (WHG) durch die untere Wasserbehörde des Kreises Recklinghausen. Bei Kollektorwärmepumpen kann die untere Wasserbehörde im Einzelfall auf die Erlaubnis verzichten, wenn vom Antragsteller eine Nichtnutzung des Grundwassers glaubhaft nachgewiesen wird.
Bei Bohrungen, welche tiefer als 100 m sind, ist das Vorhaben zudem beim zuständigen Bergamt der Bezirksregierung Arnsberg, Abteilung 6, anzuzeigen.
 
Die benötigten Formulare und weitere Vorschriften des Kreises Recklinghausen sind hier einsehbar.

Weitere Informationen vom Bundesverband Geothermie finden Sie hier.
Weitere Informationen vom Geologischer Dienst NRW finden Sie hier.
Weitere Informationen von der Bezirksregierung Münster finden Sie hier.
Weieter Informationen von der Bergbehörde Arnsberg finden Sie hier.









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