Planet Wissen
Das Hot-Dry-Rock-Verfahren

Rentable großflächige Erdwärme-Nutzung

Bisher ließ sich Erdwärme nur gut an Orten nutzen, die über entsprechend große Heißwasser- beziehungsweise Wasserdampfvorkommen verfügten. Auch Bohrungen sind teuer, und unterirdische Wasservorkommen können auch versiegen. Mit neuen Technologien ließe sich Erdwärme zukünftig auch weiträumig nutzen, entweder zu Heizzwecken oder auch zur Stromerzeugung. Das wohl größte Pilotprojekt läuft seit 1987 im elsässischen Soultz-sous-Forets. Dort wird das "Hot-Dry-Rock-Verfahren" (HDR) getestet, ebenso wie zum Beispiel im schwäbischen Bad Urach. Der besondere Vorteil: Man kann mit dem Verfahren auch Erdwärme in Gebieten ohne natürliches Tiefenwasser gewinnen.

Das Verfahren

Über Bohrlöcher kommt man heute problemlos bis zu heißen Gesteinsschichten in 4000 bis 5000 Metern Tiefe. Für das HDR-Verfahren sind zwei Bohrlöcher in einigen hundert Meter Entfernung notwendig. Über das erste Bohrloch wird unter hohem Druck kaltes Wasser in die Tiefe gepumpt. Durch den Überdruck entstehen - sofern nicht schon natürlich vorhanden - im Untergrund viele kleine, nur Millimeter große Risse im Gestein. Sie erweitern vorhandene Fließwege auf dem Weg zum zweiten Bohrloch zu einem großflächigen Netzsystem. Die Fließwege sind im Prinzip nichts anderes als ein unterirdischer Durchlauferhitzer.

Wird durch das erste Loch kaltes Wasser in das zerklüftete, heiße Untergrundgestein gepumpt, nimmt es die Wärme auf und kommt durch das zweite Bohrloch aufgeheizt wieder an die Erdoberfläche. Hier wird in einem Wärmetauscher die Energie des heißen Wassers auf eine Kühlflüssigkeit übertragen und direkt zur Wärmeerzeugung genutzt. Heißer Wasserdampf kann parallel auch Turbinen in einem kleinen Erdwärme-Kraftwerk antreiben und so Strom erzeugen. Das kondensierte oder abgekühlte Wasser wird danach wieder in den Untergrund zurückgepumpt, und der Kreislauf beginnt von neuem. Es entstehen also keine Schadstoffe und die Erdwärme steht jederzeit zur Förderung bereit. Reizvoll ist außerdem, das fast alles unterirdisch abläuft. Oberirdisch wird nur Platz für die beiden Bohrtürme und eine Kraftwerksanlage benötigt - im Prinzip ein kleines Turbinenhaus auf der Fläche eines Mehrfamilienhauses.

Schwierigkeiten

In Soultz-sous-Forets musste 3500 bis 4000 Meter tief gebohrt werden, um einen ausreichend heißen Untergrund zu erreichen. In dieser Tiefe herrschten Temperaturen von 170 Grad. Für eine wirtschaftlich sinnvolle Nutzung (Wärme plus Stromerzeugung) wären vermutlich 200 bis 300 Grad Celsius erforderlich, und die würde man vermutlich dort erst in circa 4500 bis 5000 Metern Tiefe erreichen. Auch das Kluftsystem zwischen den Bohrlöchern muss groß genug sein.

Nach Ansicht von Experten müsste ein wirtschaftlich sinnvolles Erdwärmekraftwerk zwischen 25 und 100 Megawatt Strom pro Jahr erzeugen. Die Leistung ließe sich nach Hochrechnungen von Experten mit dem HDR-Verfahren erreichen. Voraussetzung wären circa 5000 Meter Tiefe, Temperaturen von 250 Grad Celsius, ein Bohrlochabstand von circa 500 Metern sowie Förderraten von 50 bis 100 Litern Wasser in der Sekunde und einer Wärmeaustauschfläche von drei bis zehn Quadratkilometern.

Die speziellen geologischen Formationen vor Ort sind also auch für wirtschaftliche Aspekte entscheidend. Je höher die Temperatur und Lage der trocken-heißen Gesteinsschichten und je zerklüfteter der Untergrund, desto größer die Chancen auf eine wirtschaftlich tragbare Nutzung der Energiequelle Erdwärme. Und natürlich muss auch das Risiko eventueller geologischer Veränderungen im Untergrund vorher abgeschätzt werden.