Tiefe Geothermie am südlichen Oberrhein

Das Thema Energiegewinnung durch Geothermie beschäftigt die Menschen in Bad Krozingen nicht erst seit der Bekanntmachung der badenova WÄRMEPLUS, die Potenziale für die sogenannte Tiefe Geothermie in der Region untersuchen zu wollen. Die Stadt Bad Krozingen möchte deshalb mit dieser Informationsseite zum Thema Geothermie sowohl die Untersuchungen von badenovaWÄRMEPLUS begleiten, als auch allgemein über das Thema Geothermie informieren.
Hier finden Sie Antworten auf Fragen wie: Was versteht man unter dem Begriff Geothermie und was ist der Unterschied von oberflächennaher Geothermie zur Tiefengeothermie? Welche Nutzungsarten der Geothermie gibt es und welche Vor- und Nachteile sind damit verbunden? Dazu werden auch bereits bestehende Projekte sowohl in Deutschland als auch in der Schweiz und im Elsass dargestellt.

Grafik Temperaturen im Inneren der Erde

Die in der Erdkruste (Grünes Band im Schaubild) gespeicherte Wärmeenergie bezeichnet man als Geothermie, auch die ingenieurtechnische Nutzung wird so bezeichnet. Die Nutzung bietet sich an, da in der Erdkruste Temperaturen von bis zu 700 Grad Celsius herrschen. Experten sprechen deshalb von einer nahezu unerschöpflichen Menge an erneuerbarer Wärmeenergie, die der Menschheit zur Verfügung steht. Egal ob gerade Sommer oder Winter herrscht, weshalb sie sich besonders gut für die Bewältigung der Wärmegrundlast eignet, da sie stehts verfügbar ist.

„Ich glaube, dass wir alle erneuerbaren Energiequellen nutzen müssen, um unsere hohen Ziele überhaupt erreichen zu können und müssen uns da auch ein bisschen sputen“, sagt Frank Schilling Leiter des Landesforschungszentrum für Geothermie (LFZG) und Professor für Technische Petrophysik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Um die Geothermie zu nutzen, muss zunächst in die Erde gebohrt werden. Warmes Thermalwasser wird dann über Rohre nach oben gepumpt, wo es über einen Wärmetauscher seine Wärme an das Wasser in den Heizungsrohren abgibt. Das abgekühlte Thermalwasser wird dann wieder in die Tiefe geleitet und kann sich dort erneut erwärmen, es kommt also nicht mit dem Grundwasser in Berührung.
Die Geothermie kann bei besonders hohen Temperaturen auch zur Stromgewinnung eingesetzt werden. Die zwei großen Vorteile der Geothermie gegenüber fossilen Brennstoffen sind:
  • Sie wird regional gewonnen, muss also nicht erst importiert werden und unterliegt darum nicht  dem Preisanstieg auf dem Weltmarkt, sondern steigert die regionale Wertschöpfung.
  • Im Betrieb arbeitet sie nahezu CO2-neutral und auch für den Bau werden keine kritischen Rohstoffe benötigt.

Die Geothermie hat am Oberrheingraben bereits eine lange Tradition, denn sie sorgt für das angenehm warme Wasser in den Thermalbädern.


Die Geothermie lässt sich in zwei verschiedene Arten einteilen:

Die oberflächennahe und die tiefe Geothermie.
Da mit zunehmender Tiefe auch die Temperatur steigt, kann mit der tiefen Geothermie mehr Wärmeenergie genutzt werden, sie ist allerdings deutlich aufwändiger. Ab einer Bohrtiefe von über 400 Metern spricht man von tiefer Geothermie. Mit ihr lassen sich große Wärmenetze betreiben und hohe Temperaturen erreichen. Oberflächennahe Geothermie eignet sich hingegen vor allem für Einfamilienhäuser und Wärmenetze mit einer relativ niedrigen Temperatur, da hier auch die Investitionskosten sehr viel geringer ausfallen.

Darstellung der verschiedenen Arten der Geothermie
Verschiedene Arten der Geothermie: Erdwärmekollektoren, Zweibrunnensystem und Flache Erdwärmesonden sind Vertreter der oberflächennahen Geothermie; Tiefe Erdwärmesonden, hydrothermale Dubletten und das Hot-Dry-Rock-Verfahren oder petrothermale Geothermie sind Vertreter der Tiefengeothermie – Quelle: Bayerisches Landesamt für Umwelt


Oberflächennahe Geothermie


Wird die Erdwärme in einer Tiefe von bis zu 400 Metern genutzt, dann spricht man von oberflächennaher Geothermie. Die Temperatur ist bei dieser Tiefe in der Regel noch recht gering, bis zu circa 25 Grad Celsius werden hier erreicht, weshalb das Temperaturniveau vor einer Nutzung oft noch angehoben werden muss.
Wenn ein Gebäude also mit Hilfe der oberflächennahen Geothermie geheizt werden soll oder warmes Wasser bereitgestellt werden soll, dann ist hierfür eine Wärmepumpe erforderlich. Diese arbeitet besonders gut mit einer Fußbodenheizung oder sehr großen Heizkörpern, wie sie oft auch noch in alten Häusern verbaut sind.
Hierbei kann die Wärme im Grundwasser oder im Boden genutzt werden. Zusätzlich kann das Pumpsystem im Sommer auch zur Kühlung verwendet werden.


Tiefe Geothermie

In Abgrenzung zur oberflächennahen Geothermie, spricht man bei der Wärmenutzung aus mindestens 400 Metern unterhalb der Erdoberfläche von tiefer Geothermie oder Tiefengeothermie. In der Regel werden Tiefen von wenigen tausend Metern angesteuert, wo bereits Temperaturen von mehr als 100 Grad Celsius vorherrschen können. So kann eine entsprechende Anlage im Oberrheingraben, eine komplette Kleinstadt mit genug Wärme für ihren gesamten Warmwasser- und Raumwärmebedarf versorgen.

Schaubild Tiefe Geothermie

Die tiefe Geothermie eignet sich also vor allem, um große Wärmenetze mit nahezu emissionsfreier Wärme zu versorgen. Vorhandene Wärmenetze können mithilfe von Tiefengeothermie auf erneuerbarer Wärme umgestellt werden, wobei auch solche Geothermieanlagen nur sehr wenig Platz verbrauchen. „Bislang fehlen Konzepte dazu, wie die bislang von fossilen Kraftwerken versorgten Fernwärmenetze dekarbonisiert werden können. Am Oberrhein kann die tiefe Geothermie der Schlüssel hierfür sein“, sagt Franz Pöter, Geschäftsführer der Plattform Erneuerbare Energien Baden-Württemberg (Plattform EE BW).

Bei besonders hohen Temperaturen im Erdreich kann die Wärme auch zur Stromgewinnung genutzt werden, beispielsweise im Sommer, wenn weniger Wärme benötigt wird, so kann die Anlage im Dauerbetrieb laufen und arbeitet so besonders effizient.

Bevor die tiefe Erdwärme genutzt werden kann, muss ein Projekt in Deutschland und besonders in Baden-Württemberg, umfangreiche, mehrstufige behördliche Genehmigungsverfahren bestehen. So kann heute sichergestellt werden, dass die Sicherheit für Mensch und Natur stets gewährleistet wird.

„Die technologische Entwicklung bei der tiefen Geothermie und die strengen Sicherheitsauflagen sind dazu geeignet, dass die Projekte ohne negative Auswirkungen für Umwelt und Anwohner realisiert werden können“, erklärt Lutz Stahl, Geschäftsführer der „Deutschen Erdwärme“ und Vizepräsident des Bundesverbandes Geothermie.
 
Hinter der tiefen Geothermie verbergen sich zwei verschiedene Verfahren Anwendung:

Bei der hydrothermalen Nutzung (hydrothermalen Dublette) werden thermale Wasserreservoirs, über eine Entnahmebohrung angezapft und das Wasser zur Erdoberfläche gepumpt. Dem warmen Wasser wird dann über einen Wärmetauscher die Wärme entzogen, womit ein Heizmedium erhitzt werden kann. Das abgekühlte Thermalwasser wird über eine zweite Bohrung wieder zurück in die Erde geleitet. Es bleibt dabei in einem, nach oben, geschlossenen Kreislauf und kommt so nicht mit dem Grundwasser in Berührung. Wieder in der Erde angekommen, erwärmt es sich erneut und kann so beliebig oft genutzt werden. In Baden-Württemberg ist nur diese Art der tiefen Geothermie genehmigungsfähig.

Petrothermale (oder Hot-dry-Rock) Systeme beschreiben die Nutzung des heißen Gesteins im Untergrund, ohne ein vorhandenes Thermalwasservorkommen. Hier muss zunächst Wasser unter hohem Druck ins Grundgestein gepresst werden, wodurch sich natürliche Risse im Untergrund weiten und sich das Wasser anschließend in den Hohlräumen verteilen kann. So wird ein künstliches Warmwasservorkommen geschaffen. Anschließend unterliegt der Betrieb dem gleichen Funktionsprinzip wie ein hydrothermales System. Dieses Verfahren ist in Baden-Württemberg derzeit nicht genehmigungsfähig.
 


Darstellung des Erkundungsgebietes

Erkundungsgebiet – Badenova Wärmeplus


Die Badenova Wärmeplus hat am 23.10.2019 einen Antrag auf Erlaubnis zur Aufsuchung von Erdwärme, Sole (ist Wasser stark mineralhaltig, wird es Sole genannt) und Lithium zu gewerblichen Zwecken im Bereich des südlichen Oberrheins gestellt. Das Erkundungsgebiet erstreckt sich im von Buggingen nach Freiburg und von dort bis Breisach, im Westen wird es vom Rhein begrenzt (siehe Abbildung Erkundungsgebiet). Die Badenova Wärmeplus sichert sich so eine zeitlich begrenzte Reservierung des Gebiets zur alleinigen Aufsuchung. Zunächst werden keine Bohrungen im Aufsuchungsgebiet durchgeführt, für diese werden weitere Genehmigungen benötigt.
 
Am 17.05.2021 wurden die Vermessungen des Untergrunds mithilfe von Aero-Magnetik und Gravimetrie gestartet:
 
Bei der Aero-Magnetik sammelt ein Helikopter, der mit Messsystemen ausgestattet ist, Informationen über das Erdmagnetfeld. Die ausführende Firma ist Terratec aus Heitersheim mit dem Tochterunternehmen Terrascan airborne. Bei der Befliegung werden Wohngebiete und das Kurgebiet Bad Krozingen umflogen.
Bei der Gravimetrie (Schwere-Messung) werden die Änderungen der Schwerkraft im Aufsuchungsgebiet gemessen, die auf Dichteunterschiede der Gesteine zurückzuführen sind. Das Messgerät hat die Größe eines Aktenkoffers wird, während der Messung, kurz auf den festgelegten Messpunkten aufgestellt.
 
Die Badenova Wärmeplus möchte Tiefengeothermie nutzen und die besonders günstige geologische Situation am Oberrheingraben nutzen, um Geothermie als umweltschonende Wärmequelle einzusetzen. Hierbei soll auf die hydrothermale Tiefengeothermie gesetzt werden, bei der vorhandene Thermalwasserreservoirs genutzt werden. Deshalb können seismische Aktivitäten weitgehend ausgeschlossen werden. Oberflächennahe Geothermie spielt bei diesem Projekt keine Rolle.

Lithium spielt eine wichtige Rolle bei der Akkuherstellung, langfristig könnte die Gewinnung von Lithium aus Thermalwasser Deutschland unabhängiger von Importen des Leichtmetalls machen, deshalb wird hier untersucht, wie wirtschaftlich die Lithiumgewinnung hier sein könnte.


Darstellung der Geothermiearten
Oberflächennahe Geothermie, Thermalwasserbohrung und Tiefengeothermie. 

Um die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit des Projekts gewährleisten zu können führt die Badenova Wärmeplus im Vorhinein verschiedene Analysen und Studien durch, um die Situation im Aufsuchungsgebiet genau einschätzen zu können. Die Vorstudie, also eine Potenzialanalyse, wurde bereits abgeschlossen. Das Projekt befindet sich nun in der Phase, in der das geophysikalische Untersuchungen stattfinden. Hierbei finden noch keinerlei Bohrungen und lediglich Untersuchungen statt. Die Kosten werden dabei von der Badenova Wärmeplus getragen.

Weitere Informationen speziell zum Projekt der Badenova Wärmeplus finden Sie hier.

Darstellung der Phasen bei der Erkundung von Erdwärme
Stand der Erkundung – Untersuchung des geologischen Potenzials

Am Oberrheingraben herrschen besondere geologische Situationen, sie sind für Bohrungen besonders günstig (siehe nachfolgende Abbildung: Geologie innerhalb des Breisgaus). Hier ist das Grundgebirge (also ältere Gesteinsschichten) abgesackt und mit Sedimentschichten bedeckt, durch diese Anomalie im Erdboden können Bohrungen leichter durchgeführt werden, da das Grundgebirge nicht angebohrt werden muss. Es können also einfacher größere Tiefen mit höheren Temperaturen erreicht werden. Zusätzlich herrschen hier im Untergrund höhere Temperaturen. Die Badenova Wärmeplus hofft, in 3000 Metern Tiefe auf bis zu 140 Grad heißes Wasser zu stoßen. Im Grundgebirge herrschen außerdem sehr viel höhere Spannungen als im darüberliegenden Sediment, weshalb 95 Prozent der natürlichen Erdbebenherde im Grundgebirge zu finden sind. Da das Grundgebirge nicht angebohrt werden soll, kann das Risiko seismischer Ereignisse deutlich reduziert werden.


Schaubild der Geologie innerhalb des Breisgaus

Geologie innerhalb des Breisgaus, Grundgebirge und aufliegende Schichten – Badenova Wärmeplus (verändert nach LGRB Schnitt Q1)

Die Badenova Wärmeplus ist allerdings nicht der erste, der die tiefe Geothermie am Oberrheingraben nutzt. Bereits seit 1914 nutzte man beispielsweise in Bad Krozingen Thermalwasser in einem Badehaus. Heute nutzt man dasselbe Wasserreservoir, um die Vita Classica mit warmem Wasser aus der Tiefe zu versorgen. Hier wurden insgesamt vier Bohrungen mit einer maximalen Tiefe von 610 Metern durchgeführt:


Außenbecken der Vita Classica Therme in Bad Krozingen
Die Vita Classica in Bad Krozingen bezieht Thermalwasser aus circa 600 Metern Tiefe

Die Nutzung des warmen Thermalwassers hat am südlichen Oberrhein eine lange Tradition, bereits die alten Römer schätzten das warme Thermalwasser und nutzten es für Thermen. Aufgrund dieser traditionellen Nutzung sind bereits zahlreiche Bohrungen am südlichen Oberrhein erfolgreich durchgeführt worden.



Thermalwasserbohrungen im Bereich des südlichen Oberrheins
Bohrungen im Bereich des südlichen Oberrheins – GeORG (2013): Geopotenziale des tieferen Untergrundes im Oberrheingraben







Wenn gebohrt wird, dann machen sich Bürger verständlicherweise sorgen um das Grundwasser. Kommt es hierbei zu einer Verunreinigung könnten immense Schäden für Mensch und Umwelt die Folge sein. Im Fall der Geothermie darf deshalb das angezapfte Thermalwasser nicht ins Grundwasser gelangen, da es sehr stark mit Salzen und anderen Mineralien angereichert ist. Auch eingesetzte Bohrflüssigkeiten dürfen nicht mit Grundwasser in Kontakt kommen und werden in speziellen Tanks aufgefangen. Sie müssen anschließend fachgerecht entsorgt werden. Damit es zu keiner Verunreinigung kommen kann, müssen strikte gesetzliche Vorgaben eingehalten werden, wie zum Beispiel mehrere Rohrschichten und kontinuierliche Überwachung des Grundwassers in der Umgebung.
„Das Thermalwasser im Oberrheingraben enthält sehr viel Salz und sollte nicht in das Grundwasser beziehungsweise in die trinkwasserführenden Schichten gelangen. Deswegen sind Tiefbohrungen extrem stabil und mehrschalig aufgebaut“, so Lutz Stahl, Geschäftsführer der „Deutschen Erdwärme“ und Vizepräsident des Bundesverbandes Geothermie.
 
Übliche Sicherheitsmaßnahmen für den Grundwasserschutz

In der klassischen Tiefbohrtechnik wird zum Schutz des Grundwassers zunächst ein Bohrplatz errichtet, wodurch sichergestellt werden kann, dass beispielsweise kein Öl von Lastwägen in den Untergrund gelangt. Es wird außerdem ein Standrohr aus Stahl in den Boden gerammt, das das Grundwasser von der Bohrstelle fernhält (siehe Abbildung: Übliche Sicherheitsmaßnahmen für den Gewässerschutz). Die eigentliche Bohrung findet dann nur in diesem vom Grundwasser abgeschirmten Bereich statt. Anschließend wird so tief gebohrt, bis man auf ein dichtes Gestein stößt, in dem kein Wasser fließt, so kann verhindert werden, dass sich verschiedene Grundwässer vermischen. Es wird dann ein durchgängiges Stahlrohr eingebracht und anschließend wird der Raum zwischen den beiden Rohren mit einer Zementsuspension versiegelt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die gewünschte Tiefe erreicht ist. Bei Bohrungen für tiefe Geothermie wird in Baden-Württemberg außerdem das Umgebende Grundwasser kontinuierlich geprüft, so kann gewährleistet werden, dass im Falle einer Verunreinigung die Anlage sofort abgeschaltet werden kann.

München:
Bis 2040 soll die Fernwärmeversorgung in München vollständig auf erneuerbare Energien umgestellt werden, wobei ein Großteil der Wärmeenergie aus tiefer Geothermie gewonnen werden soll. 2004 ging die erste Geothermieanlage der Stadtwerke München in Riem in Betrieb. In München und Umgebung sind heute bereits über 15 Tiefengeothermieanlagen zur Wärme- und Stromerzeugung in Betrieb. Die Projekte finden bisher breite Zustimmung innerhalb der Bevölkerung und der Verwaltungen. Das besondere an München: Im Molassebecken, der Voralpentrog herrschen besonders günstige Bedingungen für hydrothermale Anlagen. Der besonders wasserdurchlässige Malmkarst der sich hier befindet, führt in mehreren tausend Metern heißes Thermalwasser, welches von den Geothermieanlagen in München angezapft werden kann.

Weitere Informationen zum Projekt können Sie im aufgezeichneten Webseminar der „Plattform Erneuerbare Energien Baden-Württemberg“ erhalten:



Bruchsal:
In Bruchsal wurde 1985 die erste Bohrung abgeschlossen, 2008 wurde dann der Grundstein für das erste Geothermiekraftwerk in Baden-Württemberg gelegt. Die EnBW betreibt seit mehr als elf Jahren die Geothermieanlage in Bruchsal zusammen mit den dortigen Stadtwerken. In den elf Jahren des Betriebs konnten keine, von der Anlage erzeugten, seismischen Aktivitäten festgestellt werden. Die Anlage dient zur Stromerzeugung und der Wärmeversorgung einer nahen Polizeikaserne, außerdem wird hier die Lithiumgewinnung aus Thermalwasser getestet. Lithium ist ein wichtiger Bestandteil von Akkus und wird hauptsächlich aus Australien und Chile importiert, wo es mit gravierenden Auswirkungen auf die Umwelt gewonnen wird. Die Forscher hoffen jährlich genug Lithium für etwa 20.000 Elektroautoakkus fördern zu können, sollte das Projekt erfolgreich sein.
 
Staufen:
In Staufen kam es zu Hebungen des Untergrunds, wodurch beträchtliche Schäden entstanden sind. Hier wurden Bohrungen für oberflächennahe Geothermie nicht sachgemäß vorbereitet und durchgeführt. Die Endteufe, also der tiefste Punkt der Bohrung, lag bei 140 Metern. Bei der fehlerhaften Bohrung wurde der Gipskeuper im Boden angebohrt und es wurde eine Verbindung zwischen dem darin enthaltenen Anhydrit (also der trockene Bestandteil von Gips) und dem Grundwasser geschaffen. Die Bohrung war nicht verrohrt, wie es bei der Tiefengeothermie üblich ist, so konnte nicht garantiert werden, dass Wasser in die Gipskeuperschicht gelangen konnte. Die Bohrung ist dann in Teilen eingestürzt, wodurch Wasser eindringen konnte. So haben sich der Anhydrit und das Grundwasser zu Gips verbunden, hierbei kommt es zu einer Ausdehnung des Materials, ähnlich wie wenn Wasser zu Eis erstarrt. Durch diese Ausdehnung kam es zur Anhebung der darüberliegenden Erdschichten und den resultierenden Schäden.
Das kann so nur in höher-gelegenen Erdschichten geschehen, da in großer Tiefe der Druck des darüber liegenden Gesteins eine Ausdehnung des Gipses nicht zulässt. Darum ist hier eine Unterscheidung zwischen tiefer und oberflächennaher Geothermie wichtig. In Staufen wurde der Untergrund vor der Bohrung zudem nicht auf die Gipskeuperschicht hin untersucht.

„Die Verschärfung des Genehmigungsverfahrens und die Planung und Ausführung der Arbeiten nach den Leitlinien „Qualitätssicherung Erdwärmesonden“ (LQS EWS, Veröffentlicht 2011 vom Land Baden-Württemberg) hat bis heute erfolgreich Schäden durch oberflächennahe Geothermie entgegengewirkt. Aus unserer Sicht kann sich, durch diesen Stand der Technik, ein Unglück wie in Staufen nicht mehr ereignen“, erklärt Klaus Preiser, technischer Geschäftsführer der Badenova Wärmeplus
 
Aufgrund der tragischen Ereignisse, die sich in Staufen zugetragen haben, gibt es seit 2009 bei der oberflächennahen Geothermie eine Tiefenbegrenzung auf den sogenannten Gipsspiegel (obere Schicht des Gipskeupers), es darf also nicht mehr so tief gebohrt werden. Seitdem sind keine Schadensfälle mit Anhydritquellen mehr aufgetreten. Zusätzlich wurde im Oktober 2011 der Leitfaden zur Qualitätssicherung von Erdwärmesonden eingeführt, der von Sachverständigenschulungen begleitet und kontinuierlich überarbeitet wird. Seit diese Maßnahmen in Kraft getreten ist, sind keine weiteren Schadfälle bei Neubohrungen in Deutschland mehr aufgetreten.

Mittlerweile wird außerdem vor jeder Bohrung genau untersucht, ob und wo der Gipskeuper liegt. So kann diese Schicht bei Bohrungen umgangen werden und Hebungsschäden vermieden.
Das Verfahren in Staufen war eine oberflächennahe Bohrung und es wurde keine Stahlrohrverschalung eingesetzt, wie es in der Tiefengeothermie Standard ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Grundwasser aus seinem Aquifer in andere Schichten gelangt.
Eine weitere Sicherheitsmaßnahme für Bürger ist, dass die umgekehrte Beweislast von Betreibern gilt, sie müssen im Schadensfall nachweisen, dass Schäden nicht durch ihre Bohrungen entstanden sind, ansonsten haften sie für Schäden.

Das Unglück in Staufen hat die Politik zum Handeln gezwungen und dafür gesorgt, dass weitreichende Sicherheitsstandards eingeführt wurden, die solche dramatischen Ereignisse seit 2009 verhindern. Diese Standards legen heute den Grundstein für zahlreiche problemlose Bohrungen in Deutschland und Baden-Württemberg. In der Region wurden über 2000 Bohrungen für oberflächennahe Geothermie durchgeführt und in Baden-Württemberg sogar über 42.900, bei denen keine Schadfälle aufgetreten sind. Die Wärme, die diese Erdsonden bereitstellen entspricht jährlich etwa 30 Millionen Litern Heizöl, die nicht verbrannt werden müssen.


Übersicht der oberflächennahen Geothermie in der Region
Übersicht der oberflächennahen Geothermie – In Rot die Erdwärmesonden im Stadtgebiet Freiburg,
in Grün die Sonden in der Region


Landau:
Es kam 2009 zu schwachen seismischen Ereignissen von einer Stärke bis zu 2,7 auf der Richterskala, darauf folgten weitere Beben. Experten schätzen, dass Wasser mit zu hohem Druck ins Gestein eingepresst wurde. Bei Projekten in Baden-Württemberg wird kein Wasser ins Gestein eingepresst.

Erdbebenstärken nach RichterskalaRichterskala zur Messung von Erdbeben mit den Magnituden 1-9. Zwei Magnitutenstufen entsprechen 1000-facher Energie.

Erläuterung zur Richterskala: Es ist wichtig zu wissen, dass die Richterskala nicht linear, sondern logarithmisch aufgebaut ist. Das heißt, dass der Unterschied zwischen zwei Magnituden (also zum Beispiel zwischen den Stufen 3 und 5) eine tausendfach höhere Energiefreisetzung bedeutet. Erdbeben bis 4,0 verursachen in der Regel keine Schäden. Auch bei Erdbeben bis 5,0 sind Schäden noch unwahrscheinlich, obwohl Zimmergegenstände bewegt werden können.

2013 wurden Bodenhebungen festgestellt. Diese Hebungen entstanden durch eine defekte Dichtung und das resultierende Leck, da hier nur eine einfache Barriere zwischen dem Bohrsystem und der Umwelt verwendet wurde. Wasser konnte unbemerkt austreten und aufgrund des hohen Drucks an der Außenseite der Bohrung im Erdreich aufsteigen. Dieses Wasser sorgte dann für eine Anhebung des Bodens, wodurch es zu Straßenschäden kam.
Das war das Resultat einer unkonventionellen Arbeitsmethode (nicht der Standard in BW), die so in Baden-Württemberg nicht zugelassen werden würde und einer unzureichenden Überwachung der Bohrung durch Messsysteme. In Baden-Württemberg wird ein engmaschiges Überwachungssystem der Bohrungen vorgeschrieben, so setzen Unternehmen heutzutage bei solchen Bohrungen auf verbesserte Messsysteme als sie in Landau angewendet wurden. So kann im Falle eines Lecks die Anlage sehr schnell heruntergefahren werden, um Schäden zu verhindern.
 
Basel:
2006 wurden durch das Einpressen von Wasser ins Grundgestein (hydraulische Stimulation) im Rahmen petrothermaler Geothermie sehr leichte Erdbeben, mit einer Stärke von bis zu 3,4 auf der Richterskala, ausgelöst. Es wurden zwar seismische Aktivitäten erwartet allerdings nur im nicht-spürbaren Bereich. Es kam im Nachhinein zu weiteren sehr leichten Beben.
Es entstanden kaum Schäden, die gemeldeten Schäden waren außerdem nur sehr geringfügig und oft konnte nicht festgestellt werden, ob sie von den sehr leichten Erdbeben herrührten oder bereits vorhanden waren. Die Bevölkerung war allerdings verunsichert. Das Projekt wurde daraufhin 2010 endgültig eingestellt.
Das Verfahren, das hier angewendet wurde ist in Deutschland nur zu Forschungszwecken zugelassen, wird also bei der tiefen Geothermie nicht angewendet.
 
Straßburg, Vendenheim:
Während einer hydraulischen Stimulation zur Vorbereitung eines petrothermalen Tiefengeothermie-Systems kam es zu sehr leichten Erdbeben zwischen 2,0 und 3,6 auf der Richterskala. Grund hierfür war, dass Wasser unter zu hohem Druck ins Grundgestein gepresst wurde. Unmittelbar nach der hydraulischen Stimulation kam es zu den seismischen Aktivitäten und es folgten weitere sehr leichte Erdbeben. In Straßburg wurde festgelegt, dass bei seismischen Ereignissen ab 2,0 die Anlage heruntergefahren wird. In Baden-Württemberg wird ein ähnliches System verwendet, allerdings mit deutlich strengeren Grenzwerten, auch wurde deutlich tiefer gebohrt, als bei allen Projekten, die in Baden-Württemberg je realisiert und geplant worden sind.



Soultz-sous-Forêts, Insheim und Rittershoffen:

In Soultz-sous-Forêts hat man gelernt mit Mikroseismizitäten durch petrothermale Geothermie zu leben und hat aus den Erfahrungen, die gemacht wurden gelernt. Es wird sehr transparent gearbeitet und Bürger können sich stets vor Ort informieren, weshalb heute eine hohe Akzeptanz für die Anlagen vorhanden ist. Mehr zur Geothermie in Soultz-sous-Forêts erklärt Dr. Thomas Kölbel im Video „Tiefe Geothermie am Oberrhein“.

Kann sich die Erde durch übermäßige Nutzung der Geothermie auskühlen?

Nein, das durch kaltes Wasser abgekühlte Gestein heizt sich relativ schnell wieder auf. Das liegt daran, dass 99 Prozent der Erde heißer als 1.000 Grad sind und vom restlichen Prozent wiederum 99 Prozent heißer als 100 Grad sind.
Hierzu äußert sich der renommierte Wissenschaftler Harald Lesch, Professor für Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität München:




Wie kann erneuerbare Wärme gewonnen werden?

Zur Gewinnung von erneuerbarer Wärme haben unter den verschiedenen Energieträgern nur die tiefe Geothermie, die Oberflächennahe Geothermie und Umweltwärme sowie die Solarthermie ein hohes Ausbaupotenzial für großflächige Nutzung. Die tiefe Geothermie verbraucht im Vergleich zur Solarthermie allerdings wesentlich weniger Fläche. Eine fertiggestellte Tiefengeothermie-Anlage zur Wärmeproduktion ist nur ungefähr einen Hektar groß. Das Problem der Solarthermie ist vor allem, dass sie immer mit der Photovoltaik konkurriert, man muss sich also entscheiden, ob man die Sonne zur Wärme- oder Stromgewinnung nutzen will. Oberflächennahe Geothermie und Umweltwärme können wiederum nur geringe Temperaturen liefern und sind also nur in der Kombination mit Wärmepumpen zur Wärmebereitstellung von einzelnen Häusern geeignet und nicht für eine großflächige Versorgung mit Wärme. Bisher (Stand 2018) [HM1] sind 70 Prozent der vermiedenen Treibhausgasemissionen im Wärmebereich auf die Nutzung fester Biomasse zurückzuführen, also das Verbrennen von zum Beispiel Pellets. Hierbei wird aber immer noch CO2 freigesetzt, der einzige Vorteil gegenüber fossilen Brennstoffen ist, dass die Stoffe nachwachsen. Auch Biogas muss schlussendlich verbrannt werden, um es zur Wärmegewinnung einzusetzen.
All diese Energieträger stehen zusätzlich in Konkurrenz mit dem Anbau von Pflanzen zur Nahrungsgewinnung, was ihre Erzeugung in mehreren Hinsichten fraglich macht.

Bei der hydrothermalen Tiefengeothermie, wie sie in Baden-Württemberg eingesetzt wird, werden keine Hohlräume erzeugt, die zusammenbrechen könnten. Das Bohrloch selbst ist durch mehrere Stahlrohre und Zement gestützt. Zudem verjüngt es sich mit zunehmender Tiefe, wodurch sich die Gefahr eines Einsturzes weiter reduziert. Das Wasser selbst wird nur aus bestehenden Poren, Rissen und sogenannten Klüten im Gestein gefördert und auch wieder zurückgeleitet. Mehrere deutsche Unternehmen arbeiten zurzeit an der Realisierung von Tiefengeothermieprojekten. Hierunter zählt die Deutsche Erdwärme aus Karlsruhe, die drei weitere Projekte plant und in Graben-Neudorf noch 2021 die erste Bohrung durchführen will.

Im Raum Heidelberg-Speyer-Mannheim hat die EnBW zusammen mit der MVV eine Aufsuchungslizenz für Erdwärme beantragt. Sie betreibt seit mehr als elf Jahren die Anlage in Bruchsal zur Strom- und Wärmegewinnung und testet dort die Förderung von Lithium aus dem Thermalwasser. In Zusammenarbeit mit dem KIT soll außerdem eine weitere Forschungsanlage am Campus Nord in Karlsruhe errichtet werden.

Der Badenova Wärmeplus wurde eine Aufsuchungslizenz am südlichen Oberrhein erteilt. Ziel des Projekts ist es das hydrothermale Potenzial am südlichen Oberrheingraben zu nutzen, um Wärme bereit zu stellen und gegebenenfalls Lithium aus dem Thermalwasser zu gewinnen. Eine Stromgewinnung wird derzeit nicht angestrebt.
Das Land Baden-Württemberg begleitet die Entwicklung der Geothermie im Land durch verschiedene Maßnahmen:

Sind Biogas und Pellets keine Alternative?

Laut der Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger des Umweltbundesamts sind bisher (Stand 2018) 70 Prozent der vermiedenen Treibhausgasemissionen im Wärmebereich auf die Nutzung fester Biomasse zurückzuführen, also das Verbrennen von zum Beispiel Pellets. Hierbei wird aber immer noch CO2 freigesetzt, der einzige Vorteil gegenüber fossilen Brennstoffen ist, dass die Stoffe nachwachsen. Auch Biogas muss schlussendlich verbrannt werden, um es zur Wärmegewinnung einzusetzen.

All diese Energieträger stehen zusätzlich in Konkurrenz mit dem Anbau von Pflanzen zur Nahrungsgewinnung, was ihre Erzeugung in mehreren Hinsichten fraglich macht.

Besteht die Gefahr, dass durch die Bohrungen oder den Betrieb der Anlagen Senkungen entstehen oder Gebäude absacken?

Bei der hydrothermalen Tiefengeothermie, wie sie in Baden-Württemberg eingesetzt wird, werden keine Hohlräume erzeugt, die zusammenbrechen könnten. Das Bohrloch selbst ist durch mehrere Stahlrohre und Zement gestützt. Zudem verjüngt es sich mit zunehmender Tiefe, wodurch sich die Gefahr eines Einsturzes weiter reduziert. Das Wasser selbst wird nur aus bestehenden Poren, Rissen und sogenannten Klüten im Gestein gefördert und auch wieder zurückgeleitet.

Sind weitere Tiefengeothermieanlagen in Baden-Württemberg geplant?

Mehrere deutsche Unternehmen arbeiten zurzeit an der Realisierung von Tiefengeothermieprojekten. Hierunter zählt die Deutsche Erdwärme aus Karlsruhe, die drei weitere Projekte plant und in Graben-Neudorf noch 2021 die erste Bohrung durchführen will.
Im Raum Heidelberg-Speyer-Mannheim hat die EnBW zusammen mit der MVV eine Aufsuchungslizenz für Erdwärme beantragt. Sie betreibt seit mehr als elf Jahren die Anlage in Bruchsal zur Strom- und Wärmegewinnung und testet dort die Förderung von Lithium aus dem Thermalwasser. In Zusammenarbeit mit dem KIT soll außerdem eine weitere Forschungsanlage am Campus Nord in Karlsruhe errichtet werden.

Der Badenova Wärmeplus wurde eine Aufsuchungslizenz am südlichen Oberrhein erteilt. Ziel des Projekts ist es das hydrothermale Potenzial am südlichen Oberrheingraben zu nutzen, um Wärme bereit zu stellen und gegebenenfalls Lithium aus dem Thermalwasser zu gewinnen. Eine Stromgewinnung wird derzeit nicht angestrebt.
Das Land Baden-Württemberg begleitet die Entwicklung der Geothermie im Land durch verschiedene Maßnahmen:

Das Helmholtz-Zentrum Potsdam hat die Umwelteffekte von Tiefengeothermieanlagen untersucht und kommt zu dem Schluss, dass sie gegenwärtig und in Zukunft einen nachhaltigen Beitrag zur Energieversorgung leisten kann. Die Auswirkungen auf die Umwelt sind lokal begrenzt und können mit der derzeit verfügbaren Technik beherrscht werden. Zusammen mit anderen erneuerbaren Energiequellen stellt sie eine klima- und umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen dar. Das beachtliche Potenzial der Geothermie bestätigt auch die Studie „Energieziel 2050“ des Umweltbundesamts.
Eine Studie der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) hat zusätzlich die befürchteten Umweltauswirkungen untersucht. Das sind vor allem: Erdstöße, die durch die Bohrungen und Stimulationen hervorgerufen werden sowie eine Verunreinigung des Grundwassers und von Oberflächengewässer. Das Gutachten kommt zu dem Schluss, dass keine unbeherrschbaren Risiken für die Umwelt bestehen, insofern die gesetzlichen Vorgaben eingehalten und geeignete Frühwarnsysteme genutzt werden. Die gesetzlichen Vorgaben die bestehen geben umfangreiche, mehrstufige Genehmigungsverfahren vor, so kann das Projekt im Notfall gestoppt werden, falls die Sicherheit nicht gewährleistet werden kann.

Die erste Anlaufstelle in Baden-Württemberg ist das Landesforschrungszentrum:
https://lfzg.de/projekte/publikationen/



Den Bundesverband für Geothermie erreichen Sie unter:
https://www.geothermie.de/
 

Informationen über die Regionalkonferenzen zur tiefen Geothermie vom 25.11.2020 und 02.12.2020 und Videoaufzeichnungen der Veranstaltungen finden Sie hier:
https://www.badenovawaermeplus.de/erneuerbare-energien/geothermie/veranstaltungen/

Die Seite des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg zum Thema Geothermie finden Sie hier:
https://um.baden-wuerttemberg.de/de/energie/erneuerbare-energien/geothermie/