Chinesische Ingenieure injizieren massiv Kohlendioxid in den Boden und haben damit eine unerschöpfliche Super-Powerbank erschlossen.

Die neuen Erneuerbaren Energien sind in den letzten Jahren sehr populär geworden.

Photovoltaikanlagen auf Dächern und Windräder an Straßenrändern sind ständig in den Nachrichten, aber die Geothermie ist unter ihnen ein Außenseiter, ihre Präsenz ist fast gleich Null.

Der einzige Kontakt der meisten Menschen mit Geothermie ist das Baden in heißen Quellen, bei dem die Erde Ihnen hilft, ein Fass Wasser zu erhitzen, um bequem zu baden.

Aber es ist wirklich eine Verschwendung von Potenzial, Geothermie nur für heiße Quellen zu nutzen. Es wäre großartig, wenn sie zum Heizen und sogar zur Stromerzeugung verwendet werden könnte. Denn egal wie stark Wind- und Solarenergie sind, sie müssen nachts oder bei Windstillheit aussetzen, während die Geothermie das nicht braucht. Sie kann 24 Stunden ununterbrochen Leistung liefern, ohne Angst vor bewölktem Himmel, Windmangel oder Dunkelheit zu haben.

Das klingt großartig, aber der Nachteil ist auch offensichtlich: Die Geothermie befindet sich tief unter der Erde, und Menschen können sie nicht erreichen.

Obwohl die Wärme im Inneren der Erde Milliarden von Jahren lang andauern wird, hängt die traditionelle hydrothermale Geothermie zu sehr von natürlichem heißen Wasser unter der Erde ab. Sie kann nur an Orten mit heißem Wasser entwickelt werden, und an Orten ohne heißes Wasser kann man nichts tun. Die Stromerzeugung mit Hochtemperatur-Geothermie konzentriert sich bis heute auf wenige Vulkangebiete und Gebiete mit tektonischer Aktivität.

Aber im Mai 2026 haben die Ingenieure von Huaneng in Zhengzhou eine neue Denkweise angewendet.

Sie bohrten ein 2500 Meter tiefes Bohrloch und leiteten Kohlendioxid anstelle von Wasser in den Untergrund. Das Kohlendioxid ist kalt, wenn es hinabfließt, und erwärmt sich auf dem Weg nach oben, sodass die Geothermie auf diese Weise gewonnen wird.

Dies ist auch das erste in Betrieb genommene Demonstrationsprojekt für die geschlossene Wärmegewinnung mit überkritischem Kohlendioxid in China.

Bildunterschrift: Bericht von Xinhua News Agency über das geschlossene Wärmegewinnungsprojekt mit überkritischem Kohlendioxid in Zhengzhou, übernommen von der Economic Daily. Quelle: Xinhua News Agency, Originalquelle Economic Daily

Wenn diese Methode funktioniert, geht es nicht nur um die Heizung. Wenn wir die Wärme aus Tiefen von mehreren Kilometern unter der Erde holen können, gibt es unzählige Möglichkeiten, sie in Strom umzuwandeln. Es wäre wunderbar, die Erde als eine riesige Powerbank zu nutzen.

I. Die Wärme liegt direkt unter unseren Füßen, aber wir können sie nicht nach oben holen

Der Boden unter unseren Füßen ist von Natur aus warm.

Und je tiefer man gräbt, desto heißer wird es. In normalen Gebieten steigt die Temperatur durchschnittlich um ca. 2,5 bis 3 ℃ pro 100 Meter Tiefe, wobei die Unterschiede zwischen verschiedenen Orten groß sind. In Gebieten mit guten geothermischen Bedingungen kann die Temperatur des Gesteins in zwei- bis dreitausend Metern Tiefe über 100 ℃ liegen.

Bildunterschrift: Die Geothermie steigt im Allgemeinen mit zunehmender Tiefe an; der tatsächliche Gradient im flachen Bereich variiert je nach den geologischen Bedingungen der Region. Quelle: Wikimedia Commons

Woher kommt diese Wärme?

Es gibt hauptsächlich zwei Quellen.

Die eine ist die Urwärme, die bei der Entstehung der Erde vor 4,6 Milliarden Jahren übrig geblieben ist: Der ganze Planet kühlt sich langsam von einer glühenden Materie ab und ist bis heute noch nicht vollständig abgekühlt. Die andere stammt von radioaktiven Elementen wie Uran-238, Thorium-232 und Kalium-40 in den Gesteinen der Erdkruste. Ihre Atomkerne sind instabil und zerfallen spontan unter Wärmeabgabe. Die Zerfallsprodukte treffen dann auf umgebende Atome, und jeder Stoß erzeugt ein wenig zusätzliche Wärme. Die Wärme, die bei einem einzelnen Zerfall freigesetzt wird, ist winzig, aber die Menge ist riesig und die Dauer ist lang.

Die beiden Wärmequellen brennen seit 4,6 Milliarden Jahren und werden noch mehrere Milliarden Jahre weiterbrennen.

Das Problem ist, wie man diese Wärme nach oben holen kann.

Wärme ist etwas Immaterielles, das man nicht direkt transportieren kann. Man braucht einen Träger, um sie nach oben zu bringen. Am bequemsten ist heißes Wasser: Die Geothermie erwärmt das Grundwasser, und dann kann man das heiße Wasser nach oben pumpen und nutzen.

Die Isländer haben diese Sache perfektioniert und sogar ein gewisses Lebensgefühl daraus entwickelt.

Sie haben eine Methode, Brot zu backen: Sie kneten den Roggenteig, legen ihn in einen Eisenkessel und vergraben ihn im Boden eines geothermischen Gebiets. Ohne Backofen oder Gas ist er am nächsten Tag fertig gebacken.

Diese Praxis wird seit Hunderten von Jahren angewendet, und einige Restaurants nutzen sie noch heute.

Noch beeindruckender ist die Heizung: Heute stammen etwa 90 % der Energie für die Heizung von Wohngebäuden in Island aus Geothermie. Unter den Straßen von Reykjavik sind geothermische Schmelzwassernetze verlegt, sodass Schnee im Winter sofort schmilzt. Ein Inselstaat nahe dem Polarkreis hat seine Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen für die Wohnraumheizung im Wesentlichen durch die Wärme unter seinen Füßen gelöst.

So beneidenswert das auch ist, man kann dieses Modell nicht einfach kopieren.

Denn Island ist eine Vulkaninsel mit außergewöhnlich günstigen Bedingungen für heißes Wasser im Untergrund.

Bildunterschrift: Traditionelle hydrothermale oder erweiterte Geothermie hängt von unterirdischen Fluiden und durchlässigen Speicherkanälen ab. Quelle: USGS, Public Domain

Die Situation in China ist viel komplexer als in Island. Hochtemperatur-Geothermie konzentriert sich im südlichen Tibet, westlichen Yunnan und westlichen Sichuan. Sie hat ein großes Stromerzeugungspotenzial, liegt aber weit entfernt von den Energieverbrauchszentren. In Nord- und Nordostchina gibt es viele mittel- und niedertemperaturige heiße Grundwässer, und die Heiznachfrage ist auch in diesen Gebieten konzentriert. Aber bei der traditionellen Wärmegewinnung durch Wasserpumpen tauchen vor Ort nacheinander Probleme auf.

Zum Beispiel die Rückinfiltration.

Das Wasser, das durch Rohre nach oben gepumpt wird, enthält viele Mineralien. Wenn es zurückgepresst wird, verstopft es nach und nach die Poren des Gesteins und der Auslass für das zurückfließende Wasser wird blockiert.

An einigen Orten ist der Durchfluss nicht ausreichend. Man bohrt ein Loch, gibt viel Geld aus und bekommt Wasser, aber die Heizleistung reicht nicht einmal für wenige Gebäude.

Bildunterschrift: Flache Erdwärmepumpen nutzen die stabile Temperatur in der oberen Erdschicht zum Heizen oder Kühlen, was nicht mit der Wärmegewinnung aus mittel- und tiefer Geothermie in Tiefen von mehreren Kilometern vergleichbar ist. Quelle: US-Energieministerium DOE

Außerdem gibt es das Problem der Bodensenkung.

Hier gibt es leicht ein Missverständnis: Wenn man Grundwasser abpumpt, entsteht keine riesige Höhle unter der Erde, die plötzlich einstürzt. Der häufigere Mechanismus ist, dass nach dem Absinken des Wasserspiegels und des Porendrucks der feinkörnige Grundwasserleiter, der ursprünglich von Wasser gestützt wurde, allmählich verdichtet wird, und diese Verdichtung ist meist unumkehrbar. An der Oberfläche zeigt sich das als allmähliches Absinken des Bodens.

Die Rohrleitungen machen auch Probleme. Mineralablagerungen verengen die Strömungskanäle allmählich, und die Wärmeübertragungseffizienz nimmt ständig ab. Rückinfiltration und Fluideinleitung müssen auch die lokalen Verwerfungen und Druckbedingungen berücksichtigen. Unzureichende Planung und Überwachung können auch geologische Risiken verursachen.

Bildunterschrift: Langfristiges Abpumpen von Wasser senkt den Grundwasserspiegel, führt zu einer unumkehrbaren Verdichtung des feinkörnigen Grundwasserleiters und schließlich zu Bodensenkungen. Quelle: USGS, Public Domain

Bildunterschrift: Allgemeines Profil von Ablagerungen in Wärmeübertragungsrohren, das anschaulich zeigt, wie Mineralablagerungen die Strömungskanäle verengen. Quelle: Wikimedia Commons, Public Domain

Bildunterschrift: Fluideinleitung kann den Porendruck und den Spannungszustand in der Nähe von Verwerfungen verändern. Dies ist eine allgemeine schematische Darstellung, die nicht speziell für ein bestimmtes Geothermieprojekt gilt. Quelle: Public Domain

Kurz gesagt, es ist nicht einfach zu realisieren.

II. Kohlendioxid nach unten leiten, Wärme nach oben holen

Da natürliches heißes Wasser schwierig zu handhaben ist, brauchen wir nicht mehr darauf angewiesen zu sein.

Die Ingenieure haben eine neue Denkweise angewendet: Man bohrt ein abgedichtetes Rohr in den Untergrund, leitet ein Fluid hinein, lässt es eine Runde drehen, sich erwärmen und dann die Wärme zurückbringen.

Das Fluid nimmt Wärme entlang der Rohrwand auf, gibt die Wärme an der Oberfläche ab, wird abgekühlt und dann wieder zurückgeführt. Es läuft wie ein Bus hin und her, der gesamte Kreislauf ist abgedichtet und berührt kein Grundwasser.

Das ist die sogenannte „geschlossene Geothermie“. Man braucht kein heißes Wasser mehr zu finden, solange der Untergrund heiß genug ist. Der Standortbereich ist viel größer als zuvor.

Bildunterschrift: Von links nach rechts: Traditionelle hydrothermale Geothermie, erweiterte Geothermie, geschlossene Geothermie und überhitzte Geothermie. Das Arbeitsmedium des geschlossenen Systems zirkuliert ständig in den Rohren und ist nicht auf Grundwasser oder Bruchnetzwerke angewiesen. Quelle: US-Energieministerium DOE

Bildunterschrift: Zwei gängige Bohrlochtypen für geschlossene Geothermie: Links ein U-förmiger oder verzweigter Kreislauf, rechts eine koaxiale „Rohr-in-Rohr“-Struktur. Quelle: Zeitschrift Geothermics

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