Ursprung der Erdwärme

Im Erdinneren herrschen sehr hohe Temperaturen, die der Oberflächentemperatur der Sonne vergleichbar sind. So würde man im Erdkern Temperaturen zwischen 4000° und 6700°C messen. Diese Regionen sind technisch natürlich nicht zugänglich, jedoch erfolgt innerhalb der Erde ein permanenter Wärmetransport, in den flüssigen Schichten durch Konvektion (Wärmeströmung) sowie in den massiven Schichten der Kruste durch Konduktion (Wärmeleitung).

Der Ursprung der Erdwärme ist zu einem erheblichen Anteil noch auf die Zeit der Entstehung des Planeten zurück zu führen. Die Anhäufung von Masse (gravitative Akkretion) führte zur Erhitzung des noch jungen Konglomerates aus Staub, Gasen und Asteroiden. Auch die Einwirkung der Gezeitenkräfte des Mondes erwärmen das Innere des Planeten. Den größten Anteil haben jedoch nukleare Spaltprozesse. Im Erdinneren zerfallen die Uran-Isotope 235U und 238U sowie 232Th (Thorium) und 40K (Kalium). Der Anteil dieser natürlichen radioaktiven Energie als geothermischen Antrieb wird heute von Wissenschaftlern zwischen 50% und 70% eingeschätzt. Man kann also durchaus behaupten, die Menschheit lebe auf einem gewaltigen (natürlichen) Kernkraftwerk.

Der energetische Anteil des Klimas und der Sonneneinstrahlung auf die Erdwärme sind gegenüber den genannten Quellen vernachlässigbar! Betrachtet man das Temperaturprofil der Erdkruste über die Jahreszeiten hinweg, wird bereits in einer Tiefe von nur 20m kein Einfluss der Temperatur- und Klimaschwankungen mehr erkennbar sein. In der Tat sind die solaren und atmosphärischen Einflüsse lediglich für den Ertrag sehr oberflächennaher Erdwärmekollektoren relevant. Diese Energie wird mit Wärmepumpen nutzbar gemacht. Energie aus Wärmepumpen (mit oberflächennahen Kollektoren) ist also in Wärme gespeicherte Solarenergie.

Grundsätzlich muss man bei der Geothermie zwischen oberflächennaher und tiefer Geothermie unterscheiden. Die oberflächennahe Geothermie erfreut sich zunehmender Beliebtheit zur Beheizung von Wohnhäusern durch Wärmepumpen. Bei Wirkungsgraden ab 60% und steigenden Energiekosten amortisieren sich Erdwärmepumpen nach wenigen Jahren, obwohl sie eine recht beachtliche Anfangsinvestition und zudem einen gewissen Einsatz elektrischer Energie erfordern. Die Wärme wird dem Erdreich mithilfe von Erdwärmekollektoren oder Erdwärmesonden entzogen. Auch Grundwasserpumpen oder Betonteile mit Erdberührung eignen sich dazu, Wärme dem Erdreich zu entziehen. Eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad, also das Verhältnis der nutzbar gemachten zur eingesetzten Energie, zu optimieren, bietet die Photovoltaik. Der mithilfe von PV-Modulen erzeugte elektrische Strom kann zum Betrieb der Wärmepumpen eingesetzt werden. Die aus dem Erdreich entzogene Wärme kann in geeigneten Speichern über einen gewissen Zeitraum verfügbar gehalten werden.

(rs/12-2015)