Tiefe Geothermie

Heißwasser und Dampf aus großen Tiefen können Schadstoffe enthalten, z. B. Schwefelwasserstoff, Borsäure, Ammoniak, Arsen und Quecksilber oder auch radioaktive Substanzen. Bei Geothermiekraftwerken bleibt der Dampf bzw. das Thermalwasser aber in einem geschlossenen Kreislauf. Die geförderten Stoffe werden wieder in den Untergrund injiziert, ohne an die Oberfläche bzw. in die Atmosphäre zu gelangen. Da einige der Substanzen aggressiv sind, können technische Anlagen und Materialien bei Kontakt einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sein. Diese Problematik spielt in Bayern eine untergeordnete Rolle, da die Mineralisation der hier genutzten Wässer relativ gering ist.

Die in geringen Mengen in Reinigungsanlagen zurückgehaltenen Schadstoffe müssen über die zugelassenen Entsorgungspfade unter behördlicher Aufsicht beseitigt werden. Dabei gelten die gleichen Regelungen wie beispielsweise für Trinkwasseraufbereitungsanlagen und Anlagen für die Erdöl- und Erdgasförderung bzw. -speicherung.

Bei der Nutzung der tiefen Geothermie wird in der Regel nicht der schwache, ständig aus dem Erdinneren nachfließende terrestrische Wärmestrom genutzt, sondern das sehr viel höhere, aber erschöpfbare Potenzial der gespeicherten Erdwärme. Damit wird strenggenommen eine Wärmelagerstätte abgebaut.

Numerische Simulationen haben jedoch ergeben, dass Geothermiekraftwerke bei richtiger Auslegung ohne merklichen Temperaturrückgang an der Förderbohrung betrieben werden können. Dies gilt für einen Zeitraum, der deutlich länger ist als die Lebensdauer der technischen Anlagen.

Der nach 50-jähriger Nutzung thermisch beeinflusste Bereich um die Reinjektionsbohrung ist nach Simulationen für die in Bayern befindlichen Anlagen mit Radien von meist unter einem Kilometer vergleichsweise klein. Allerdings kann die vollkommene Wiedererwärmung eines über 50 Jahre thermisch genutzten Bereichs im Untergrund mehrere hundert bis tausend Jahre dauern.

Der Wirkungsgrad eines geothermischen Kraftwerks ist von der Temperatur des aus dem Untergrund geförderten Wassers abhängig. Bei Temperaturen zwischen 80°C und 140°C erreicht man derzeit Wirkungsgrade von rund 8 bis 13 %. Dies bedeutet, dass nur ein kleiner Teil der Wärmeenergie des geförderten Thermalwassers für die Stromerzeugung genutzt werden kann. Die Restwärme sollte möglichst für Heizzwecke oder anderweitig genutzt werden, was die CO₂-Bilanz und den Wirkungsgrad der Anlage noch merklich verbessert. Andernfalls wird sie über den Kühlkreislauf an das genutzte Kühlmedium abgegeben: an Wasser aus Oberflächengewässern, an Grundwasservorkommen oder an die Luft. Hier muss dafür gesorgt werden, dass beispielsweise bei Wiedereinleitung von Kühlwasser in ein Oberflächengewässer – insbesondere in trockenen Zeiten – nicht zu viel Abwärme an das Gewässer abgegeben wird.

Nahezu jede Bohrung zur Erschließung hydrothermaler Energie wird chemisch stimuliert. Hierbei wird – meist mit Salzsäure – versucht, die Bohrung von im Bohrloch verbliebenem Bohrklein zu reinigen und zusätzlich bohrlochnahe Fließwege zu öffnen.

Bohrungen zur Erschließung petrothermaler Energie müssen hydraulisch stimuliert werden, um künstlich neue Fließwege zu erzeugen oder bestehende Fließwege zu erweitern. Diese Maßnahmen wecken immer wieder Befürchtungen, dass hierdurch das Grundwasser beeinträchtigt werden könnte.
Die Studie "Tiefe Geothermie – mögliche Umweltauswirkungen infolge hydraulischer und chemischer Stimulationen" des Umweltbundesamtes folgert jedoch: "Zusammenfassend ist festzustellen, dass bei Einhaltung der bestehenden Vorschriften und Regelwerke sowie unter Beachtung des Standes von Wissenschaft und Technik eine Beeinträchtigung von Grundwasser im Zusammenhang mit hydraulischen und chemischen Stimulationen bei tiefer Geothermie faktisch ausgeschlossen ist."

Bei geothermischen Kraftwerken muss das Arbeitsmedium, das die Turbine antreibt, wieder rückgekühlt werden. Dies kann grundsätzlich mittels Frischwasser-, Hybrid- oder Luftkühlung erfolgen. Falls für eine Frischwasserkühlung kein geeignetes Oberflächengewässer zur Verfügung steht und stattdessen oberflächennahes Grundwasser zu Kühlzwecken genutzt wird, kann es dabei zu vergleichsweise hohen Grundwasserentnahmen kommen.
Diese können bei Nutzung der Hybrid- oder Verdunstungskühlung deutlich reduziert werden. Dem Kühlwasser müssen dann jedoch verschiedene Inhibitoren (z. B. gegen Algenbewuchs und Korrosion) zugesetzt werden. Das Austauschwasser darf daher nur soweit aufkonzentriert werden, dass es den entsprechenden gesetzlichen Regelungen zur Rückleitung in den Vorfluter beziehungsweise zur Wiederversickerung genügt.

In der Phase des Baus und der Ertüchtigung einer tiefengeothermische Dublette (der Förder- und der Injektionsbohrung) wird gegebenenfalls Flüssigkeit mit großem Druck in die Produktions- bzw. Injektionsbohrung gepresst, um die Durchgängigkeit des umliegenden Gesteins zu steigern. Bei solchen Stimulationsmaßnahmen des Untergrunds kann es besonders in Gebieten mit natürlicher Seismizität möglicherweise zu induzierten seismischen Ereignissen kommen.

Laut einem Fachbericht zu bisher bekannten Auswirkungen geothermischer Vorhaben in Deutschland aus dem Jahr 2011 wurden an drei Stellen in Deutschland in der Nähe tiefer geothermischer Bohrungen Erschütterungen festgestellt, die teilweise auch an der Erdoberfläche spürbar waren. Keine davon hatte Schäden zur Folge. Die Stärke betrug höchstens ein Zehntel des Wertes, ab dem Gebäudeschäden zu befürchten sind.

Die Studie "Tiefe Geothermie - mögliche Umweltauswirkungen infolge hydraulischer und chemischer Stimulationen" des Umweltbundesamtes kommt zu folgendem Schluss: "Ebenso ist Seismizität mit Personen- oder Sachschäden auszuschließen. Das Auftreten von spürbaren Erdbeben kann dabei durch ein geeignetes seismologisches Monitoring sowie durch ein entsprechendes Frühwarnsystem und Reaktionsschema minimiert werden."

Bei hydrothermaler Geothermie wird das genutzte heiße Wasser zur Aufrechterhaltung der Massenbilanz wieder in den genutzten Grundwasserleiter zurückgeführt, Bodensenkungen sind daher nicht zu befürchten.

Bodenhebungen wie z. B. in Staufen/Baden-Württemberg sind ebenfalls auszuschließen, da in den für die tiefe Geothermie genutzten Bereichen keine Schichten mit entsprechendem Hebungspotenzial (wie z. B. Schichten mit Anhydrit) vorhanden sind.

Filterrückstände und Rohrablagerungen (Scales) aus Anlagen zur Nutzung der tiefen Geothermie in Südbayern wurden in mehreren Forschungsprojekten und Untersuchungsreihen auf eine mögliche radioaktive Belastung hin untersucht.
Es konnte in keinem Fall eine radioaktive Belastung festgestellt werden.

Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi):
Bayerischer Geothermieatlas(Link öffnet in einem neuen Fenster)
Bundesverband Geothermie e. V. (GtV):
Internetportal(Link öffnet in einem neuen Fenster)