Gesundheit: Strom aus der Tiefe

Rauchende Vulkanschlote und Geysire, die in die Höhe schießen – diese Bilder symbolisieren die Kraft der Erdwärme. Dass demnächst auch ein paar Rohrleitungen im märkischen Sand dazugehören sollen, daran arbeitet Ernst Huenges vom Geoforschungszentrum in Potsdam (GFZ). Er ist Projektleiter der Forschungsbohrung Groß Schönebeck. Hier, nördlich von Berlin, soll ein Kraftwerk entstehen, das mit 150 Grad Celsius heißem Wasser aus vier Kilometern Tiefe Strom erzeugt.

Zum Heizen wird Erdwärme schon seit mehr als 10 000 Jahren genutzt. Seit 1904 wird aus der Hitze unseres Planeten auch Strom gewonnen. Doch die Geothermie-Kraftwerke liegen meist in vulkanischen Gebieten, in denen die Temperatur mit zunehmender Tiefe stark zunimmt. Hier zu Lande, wo man für Temperaturen von 100 Grad Celsius wenigstens drei Kilometer tief bohren muss, steht die geothermische Stromerzeugung erst am Anfang.

Theoretisch könnte die gesamte Grundlast der Bundesrepublik, die etwa zwei Drittel des Stromverbrauchs ausmacht, mit geothermischer Energie gedeckt werden. Und das für immer, denn die Erde produziert ständig neue Wärme. Damit sich tiefe Bohrungen für mehrere Millionen Euro rentieren, muss aber sicher sein, dass sie über Jahrzehnte genügend heißes Wasser fördern können.

Bislang gibt es ein Dutzend Projekte zur geothermischen Stromerzeugung, vor allem im Oberrheingraben und in Südbayern. Mit der Forschungsbohrung in Groß Schönebeck wollen die Wissenschaftler vom GFZ zeigen, dass auch in Norddeutschland große Erdwärme-Kraftwerke möglich sind. 2007 soll hier die erste Kilowattstunde erzeugt werden.

Huenges und seine Kollegen haben bereits den Aufbau des Kraftwerks im mecklenburgischen Neustadt-Glewe begleitet, wo seit zwei Jahren neben Fernwärme auch Strom produziert wird. Diese Anlage arbeitet aber nur mit 97 Grad heißem Wasser aus 2300 Metern Tiefe. Mit der Tiefe nimmt die Temperatur zu und damit die Effizienz eines Kraftwerks. Deshalb wird in Groß Schönebeck tiefer gebohrt. „150 Grad bei 4300 Metern Tiefe sind ein guter Kompromiss zwischen Wirkungsgrad und dem, was technisch machbar ist“, erklärt Huenges.

Ab Anfang 2006 wird sich das Bohrgestänge in die Tiefe schrauben. „Unser Ziel ist das Rotliegende“, sagt Huenges und meint damit Gesteine einer geologischen Epoche, die zwischen 270 und 290 Millionen Jahre alt sind. „Das sind Sandsteine, die vor Urzeiten mal ein Flussbett waren, und vulkanische Gesteine, genauer gesagt Andesite“, erläutert er. Die Wissenschaftler orientieren sich an einer Bohrung, die an der Oberfläche nur 22 Meter von der neuen entfernt ist. Denn für den Betrieb eines Geothermie-Kraftwerks sind zwei Bohrungen vonnöten: Über die Förderbohrung wird heißes Wasser entnommen. Dieses gibt seine Wärme an eine Flüssigkeit, die verdampft und eine Turbine antreibt. Das abgekühlte Wasser wird anschließend in der Injektionsbohrung wieder in den Untergrund gepresst, damit der Wasserhaushalt in den tiefen Stockwerken der Erde ausgeglichen bleibt.

Das neue Loch in der Schorfheide soll zur Förderbohrung werden. Ein bis zwei Meter in der Stunde frisst sich der Bohrmeißel durch die Erdgeschichte. 24 Stunden am Tag, drei Monate lang. Am Ende wird die Bohrkrone 4300 Meter unter den Kiefern zum Stehen kommen, die entstandene Röhre wird allerdings 4600 Meter lang sein. Denn die Bohrung soll tief unten einen Knick machen. „Wenn wir das Gestein schräg anbohren, wird die Fläche größer und es strömt mehr Wasser ein“, erklärt Huenges.

Fließend heißes Wasser - aus diesem Grund bohren die Forscher in das urzeitliche Flussbett. Zwischen den einzelnen Körnchen der Sandsteine kann das 150 Grad heiße Wasser zirkulieren und letztlich das Bohrloch füllen. Obwohl es gut 50 Grad wärmer ist als das Wasser, mit dem die Wissenschaftler ihren Kaffee brühen, siedet es nicht. Die überlagernden Massen wirken wie ein Schnellkochtopf: Bei vier Kilometern Wassersäule hätte Süßwasser am Boden dieser Röhre einen Druck von 400 bar, rechnet Huenges vor, der nicht nur Geologe, sondern auch Physiker ist. Weil das tief liegende Wasser viel Salz enthält, ist seine Dichte größer und damit auch der Druck. Macht 440 bar.

Durch den hohen Druck steigt das Wasser im Bohrloch weit nach oben. Die letzten 500 Meter bis zur Oberfläche muss es gepumpt werden. 20 bis 30 Liter Tiefenwasser strömen dann jede Sekunde zum Wärmetauscher und werden anschließend über die Injektionsbohrung zurück in den Untergrund gepumpt.

Weil dem Reservoir ständig Wärme entzogen wird, haben die Wissenschaftler berechnet, wie stark die Gesteinsschichten im Untergrund abkühlen. Ihre Prognose: Im schlimmsten Fall wird es eine Temperaturabsenkung um zwei bis drei Grad geben, die frühestens in 30 Jahren eintritt. Damit erscheint ein wirtschaftlicher Betrieb der Anlage sicher.

Doch zunächst konzentrieren sich die Forscher des Potsdamer Geoforschungszentrums auf die nächsten Monate. Wenn die Förderexperimente genügend Wärme liefern, um ein 750 Kilowatt-Kraftwerk zu betreiben, will der Energiekonzern Vattenfall in das Projekt einsteigen und ein geothermisches Kraftwerk aufbauen. Dieses könnte für 1000 Menschen rund um die Uhr Strom aus Erdwärme liefern.

Ob das Versuchsfeld die errechnete Leistung bringt, ist noch offen. Aber Huenges hofft, dass sogar ein Megawatt Leistung möglich ist. Und denkt laut weiter: „Dann könnte es bald ein 10-Megawatt-Kraftwerk geben.“

Auch dieses würde allein nicht einmal 0,2 Promille des gesamten Strombedarfs Deutschlands decken. Doch wenn es gelingt, die Technik weiter zu verbessern, könnte Geothermie an vielen Standorten wirtschaftlich genutzt werden und damit eine Alternative zu konventionellen Energierohstoffen sein. Zudem können solche Anlagen mit Heizkraftwerken verbunden werden. Denn bei der Stromerzeugung selbst entweichen 90 Prozent der Erdwärme ungenutzt in die Umwelt.