Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/energiegewinnung-zu-wenig-magma-nachschub-fuer-die-geothermie-2002-146372.html    Veröffentlicht: 05.02.2020 09:00    Kurz-URL: https://glm.io/146372

Energiegewinnung

Zu wenig Magma-Nachschub für die Geothermie

Bei Diskussionen über Geothermie klingt es oft so, als könnten vulkanisch aktive Gegenden wie Island den Rest der Welt mit Energie versorgen. Aber ein Blick auf die Zahlen zeigt, dass dieser Eindruck täuscht.

Am 26. Januar 2020 gab der isländische Wetterdienst Alarm, mit der niedrigsten Warnstufe. Der Þorbjörn-Vulkan (die Aussprache des Þ entspricht dem englischen th im Wort thorn) und die umliegende Landschaft hoben sich um mehrere Millimeter pro Tag, begleitet von einer Reihe von Erdbeben unter dem Vulkan. Wenn nicht viel mehr Magma nachkommt, ist wohl kein Ausbruch zu befürchten. Das ist auch gut so, denn wenige Kilometer südlich des Vulkans liegt die Kleinstadt Grindavik und nördlich davon das Geothermiekraftwerk Svartsengi. Dessen warmes Kühlwasser speist die berühmte Blaue Lagune, die trotz des Namens weit vom Meer entfernt liegt.

Die Geothermie ist eine der wichtigsten Energiequellen des Landes. Island liegt an der Grenze zwischen der europäischen und amerikanischen Kontinentalplatte. Die beiden Platten driften auseinander und an der Grenze ist die Erdkruste besonders dünn. Das heiße Erdinnere ist der Oberfläche besonders nah, wodurch schon in geringer Tiefe heiße Gesteinsschichten liegen. Mit deren Hilfe wird Wasser aufgeheizt, in Dampf verwandelt und damit Turbinen angetrieben. Aber diese Energiequelle ist nicht unerschöpflich.

Ein Schwimmbecken voll Magma reicht keine 2 Stunden

Selbst in der unmittelbaren Bruchzone zwischen den Kontinentalplatten dringt nur eine Wärmeleistung von 2 bis 3 Kilowatt pro Hektar an die Oberfläche. Das ist wie der Versuch, ein ganzes Fußballfeld mit einer einzigen Herdplatte zu beheizen. Nur mit einigen Tausend Jahren Zeit und vielen Hundert Metern isolierender Gesteinsschichten können damit hohe Temperaturen erreicht werden. Der Eindruck, dass hier sehr viel Energie aus der Tiefe kommt, täuscht also. Etwas mehr gelangt nur dann an die Oberfläche, wenn sich heißes, flüssiges Magma direkt aus der Tiefe nach oben bewegt.

Das ist wahrscheinlich in der letzten Woche passiert. Die Menge wird auf rund eine Million Kubikmeter Basalt geschätzt. Dieses 1.200 Grad heiße, dünnflüssige Magma könnte 400 olympische Schwimmbecken mit zwei Metern Tiefe füllen. Auch das klingt nach viel Energie, aber selbst für ein kleines Kraftwerk wie Svartsengi reicht die Wärme aus diesem Magma-Nachschub kaum mehr als ein halbes Jahr.

Die installierte Kapazität zur Stromerzeugung beträgt 46,4 Megawatt (MW), hinzu kommen 150 MW Fernwärme, mit der 20.000 Einwohner versorgt werden. Dafür werden der Erde 320 MW entzogen, in Form von 220 Kilogramm Wasser pro Sekunde, aus denen 80 Kilogramm Dampf mit einer Temperatur von 163 Grad Celsius erzeugt werden. Ein olympisches Schwimmbecken voll glutflüssigem Basalt würde von dem Kraftwerk in einem halben Tag auf Zimmertemperatur abgekühlt werden.

Island ist nicht die Batterie Europas

Wissenschaftler konnten durch Messungen den Energiehaushalt von Island auf etwa 30 Gigawatt (GW) schätzen. Zum Vergleich: In Deutschland wurden 2017 im Jahresdurchschnitt rund 440 GW aus allen Quellen verbraucht, etwas mehr als die Hälfte davon aus Öl und Gas. Dabei wurden rund 70 GW Strom erzeugt.

In Island kann aber nur ein Teil der 30 GW verfügbarer Wärmefluss (Seite 11) tatsächlich genutzt werden. Etwa 15 GW gehen durch Wärmeleitung an die Erdoberfläche verloren, weil nicht die gesamte Insel mit Bohrlöchern überzogen werden kann. Weitere 7 GW gehen durch vulkanische Aktivität verloren. Vom Rest ist 1 GW unzugänglich, weil die Gebiete von Gletschern überdeckt sind. Am Ende bleiben etwa 7 GW an nachhaltig nutzbarem geothermischer Wärmefluss in Island übrig. Daraus lassen sich technisch etwa 1 bis 2 GW Strom erzeugen.

Das ist sehr viel für eine Nation mit etwa so vielen Einwohnern wie Bielefeld. Aber die Vorstellung, aus den Vulkanen Islands die grüne Batterie Europas machen zu wollen, ist illusorisch.



Energie aus Erdwärme zu gewinnen, ist meistens eine Art Bergbau

Die isländischen Energiebehörden warnen selbst davor, die Begriffe "nachhaltige Energie" und "erneuerbare Energie" als gleichwertig zu betrachten - und die Sorge um die Nachhaltigkeit ist keineswegs unberechtigt, wie die Geschichte der kalifornischen Geothermieanlage The Geysers zeigt.

The Geysers ist eines der größten Geothermiefelder der Welt. Der Boden ist so heiß, dass Wasser direkt als Dampf gefördert werden kann. Bis 1987 wurden dort immer mehr Bohrlöcher angelegt, mit Kraftwerken, die zusammen 1,8 GW Strom erzeugten. Der Boom hatte jedoch schwere Konsequenzen: Innerhalb von zehn Jahren brach die Produktion um etwa 40 Prozent ein.

Hauptgrund für diesen starken Einbruch war, dass mehr Dampf aus dem Feld entnommen wurde, als Wasser wieder in den Untergrund gelangte. Das stabilisierte sich erst am Ende der 1990er Jahre etwas. Damals sorgten eine Phase hoher Niederschläge und niedrige Preise für Strom aus Wasserkraft für weniger Nachfrage nach Geothermie.

Die verringerte Nutzung, zusammen mit dem zusätzlichen Wasser, konnte die Abnahme der Produktivität des Feldes aber nur verzögern, nicht verhindern. Sie sinkt seitdem immer noch um ein bis zwei Prozent pro Jahr, was ungefähr einer Halbierung alle 50 Jahre entspricht. Nachhaltig ist das nicht. Das Geothermiefeld soll mit neuen Kraftwerken an den Rändern weiter ausgebaut werden, um die Produktionskapazität zu halten.

Anders als etwa im Großteil von Deutschland ist die Nutzung der Geothermie in vulkanisch aktiven Gebieten einfach. Die heißen Gesteinsschichten liegen dort oft in vergleichsweise geringer Tiefe, wo sich wasserdurchlässiges Gestein findet, das sich leicht anbohren lässt. Trotz aller Schwierigkeiten durch im Wasser gelöste Minerale sind die Produktionskosten relativ gering, die Emissionen von Treibhausgasen vernachlässigbar und die Umweltschäden oft überschaubar - auch wenn zum Beispiel die namensgebenden Geysire in Kalifornien durch die Geothermie längst versiegt sind. Die Erhaltung der Geysire ist einer der Hauptgründe, weshalb keine Geothermiekraftwerke im Yellowstone National Park gebaut werden.

Geothermie kann kurzfristig viel oder langfristig nachhaltig Energie liefern

Die Versuchung ist groß, den heißen Steinen im Boden einfach mehr Energie zu entziehen, als aus der Tiefe nachkommt. Dieser Versuchung könnte auch nachgegeben werden, schließlich werden besonders in den nächsten Jahrzehnten neue, saubere Energiequellen benötigt. Deshalb plädieren einige Wissenschaftler dafür, den Maßstab etwas von der Nachhaltigkeit weg und mehr hin zur Wirtschaftlichkeit des Betriebs zu verschieben, um kurzfristig mehr Energie aus Geothermie zu gewinnen und so fossile Brennstoffe zu ersetzen.

Es muss aber allen Beteiligten klar sein, dass es dann nicht um nachhaltige Energiegewinnung geht. Es ist eine Art von Bergbau, bei dem fossile Wärmereserven aus der Erde gefördert werden, ohne dass sie in absehbaren Zeiträumen wieder aufgefüllt werden. Es stünde dann die Frage im Vordergrund, ob ein bestimmtes Reservoir für die geplante Betriebszeit eines Kraftwerks wirtschaftlich genutzt werden kann, auch wenn es nach 30 oder 40 Jahren Betrieb erschöpft ist und danach erst nach Jahrhunderten ohne weitere Nutzung wieder die gleiche Produktivität erreichen würde.

Im Vergleich zum Modell der streng nachhaltigen Nutzung könnte so etwa die zehnfache Menge Energie aus Geothermie gewonnen werden, zumindest für einige Jahrzehnte. Danach müssten sich die Felder für einige Jahrhunderte regenerieren. Die Hoffnung dahinter ist, dass deren Energiekapazität in der Zwischenzeit anderweitig durch neue Technologien ersetzt werden kann.

In Gebieten wie dem der kalifornischen Geothermiekraftwerke ist die Frage der Nachhaltigkeit ohnehin relativ. Die Wärme dort stammt nicht aus einer besonders dünnen Kruste mit hoher Wärmeleitung aus dem heißen Erdinnern, sondern von Magma aus vulkanischer Aktivität vor etwa 240.000 Jahren, also ungefähr zur Zeit der vorvorletzten Eiszeit. Anders als die Isländer werden die Kalifornier auf neuen Magma-Nachschub für die Geothermiekraftwerke also wahrscheinlich sehr lange warten.

 (fwp)


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