Geothermische Energie: Grüner Strom, der richtig heiß ist

Die Suche nach erneuerbarem Grundlaststrom

Trotz des Ausbaus von Solar- und Windenergie hängt das weltweite Energiesystem weiterhin stark von fossilen Brennstoffen ab, insbesondere in Verkehr, Industrie, Schifffahrt und Düngemittelproduktion.

Ein Grund ist der stark gestiegene Energiebedarf seit Beginn des 20. Jahrhunderts.

Quelle: OurWorldInData

Der Ersatz bestehender Infrastruktur erfordert große Investitionen und Zeit. Solar- und Windenergie sind vielfach wettbewerbsfähig geworden, doch ihre Wirtschaftlichkeit hängt von Standort und Anwendung ab.

Ein weiterer Faktor ist die schwankende Erzeugung aus Wind und Sonne.

Ihre Integration erfordert einen geeigneten Mix aus Speichern, Netzen, flexibler Erzeugung und Nachfragesteuerung. Batterien, Pumpspeicher und Druckluftspeicher behandeln wir in „Die Zukunft der Energiespeicherung – Batteriesysteme im Versorgungsmaßstab“ und „Nicht‑chemische Alternativen zu Batterien für die Energiewende“.

Optionen für Grundlaststrom

Wasserkraft mit Speicherseen kann bedarfsgerecht erneuerbaren Strom liefern. Sie ist nicht die einzige regelbare erneuerbare Quelle; ihre Möglichkeiten hängen von Geografie, Wasser und Umweltfolgen ab.

Kernenergie liefert ebenfalls emissionsarmen, weitgehend wetterunabhängigen Strom. Trockenheit und hohe Wassertemperaturen können allerdings die Kühlung und damit die Leistung mancher Anlagen begrenzen.

Zum erneuten Interesse tragen Entwicklungen bei kleinen modularen Reaktoren (SMR) und Reaktoren der vierten Generation bei (Einzelheiten finden Sie unter den verlinkten Themen). Zudem schließt Microsoft Vereinbarungen über Strom aus Kernenergie (MSFT ) für seine Rechenzentren ab.

Kernenergie bleibt in vielen Ländern umstritten. Kosten, Bauzeiten, Sicherheit und Abfälle prägen die Diskussion.

Neben Sonne, Wind und Wasserkraft gibt es eine weitere wichtige erneuerbare Quelle: die Geothermie. Ein großer Teil ihres Potenzials ist bislang unerschlossen.

Geothermische Energie

Sonnenenergie treibt viele erneuerbare Quellen direkt oder indirekt an, darunter Wind und den Wasserkreislauf. Nicht alle erneuerbaren Quellen stammen jedoch von der Sonne; Gezeiten sind ein Gegenbeispiel.

Geothermie nutzt Wärme aus dem Erdinneren. Sie stammt sowohl aus der Entstehung des Planeten als auch aus dem Zerfall natürlich vorkommender radioaktiver Elemente. Geeignete Lagerstätten können eine relativ stetige Wärmezufuhr ermöglichen.

Quelle: California Academy of Sciences

Je nach Technik kann eine Anlage flexibel betrieben oder Wärme zeitweise gespeichert werden. Damit kann Geothermie Wind und Sonne ergänzen, ohne dass jede Anlage automatisch gleich gut regelbar ist.

Das nutzbare Potenzial hängt von Standort, Temperatur, Tiefe und Technik ab. Ressourcen gibt es auch in Regionen mit wenigen anderen Energievorkommen, etwa Teilen Mitteleuropas und Japans.

Quelle: Journal Of Cleaner Production

Beurteilung des Potenzials von Geothermie

Entscheidend ist die Temperatur der unterirdischen Gesteine. Der geothermische Gradient variiert stark und kann in vulkanischen oder tektonisch aktiven Regionen hoch sein, aber nicht grundsätzlich in jedem Gebirge.

Bei herkömmlichen hydrothermalen Systemen sind außerdem ausreichend Fluid und Durchlässigkeit wichtig, damit Wärme durch Zirkulation transportiert werden kann. Mehr Wasser oder höhere Durchlässigkeit sind nicht in jedem Entwurf unbegrenzt vorteilhaft.

Eine Studie von 2020 mit dem Titel „Vorhersage der geografischen Eignung von Geothermie‑Kraftwerken“ stellte eine Karte des entsprechenden Potenzials vor.

In den USA liegen viele Hochtemperaturressourcen im Westen. Auch Teile von Texas und Louisiana sind interessant, je nach Tiefe und Anwendung.

Quelle: EIA

Europa besitzt unterschiedliche Ressourcen. Das Rheintal und Teile Mitteleuropas sind für Wärmeversorgung interessant; Island und Teile Italiens verfügen über bedeutende Hochtemperaturvorkommen. Unterschiedliche Karten erlauben keinen einfachen Gleichstand aller dieser Regionen.

Quelle: International Journal of Terrestrial Heat Flow and Applied Geothermics

In Asien besitzen Länder am Pazifischen Feuerring, darunter Japan und Indonesien, bedeutende Hochtemperaturressourcen.

Tiefe und Anwendungen

Zur Übersicht lassen sich drei Kategorien nach Tiefe und technischer Komplexität unterscheiden. Die Grenzen sind nicht allgemeingültig, und die Tiefe allein bestimmt nicht die Temperatur.

Oberflächennahe Erdwärmepumpen

Erdwärmepumpen nutzen die relativ konstante Temperatur und thermische Trägheit des Bodens. In geringer Tiefe stammt die Wärme überwiegend aus gespeicherter Sonnenenergie, nicht aus der tiefen Erdwärme.

Unterhalb der starken jahreszeitlichen Schwankungen nähert sich die Temperatur dem örtlichen Jahresmittel. Im Winter kann Wärme entnommen und im Sommer Wärme an den Boden abgegeben werden.

Quelle: NPR

Je nach Tiefe und Geometrie des Wärmetauscherkreislaufs gibt es verschiedene Bauformen.

Quelle: GSI

Wärmepumpen benötigen Strom, um Wärme effizient zu übertragen. Unter geeigneten Bedingungen ist auch eine passive Nutzung möglich, etwa für Gewächshäuser, wie beschrieben in „Geothermie und passive Gewächshäuser – Reduzierung der CO₂‑Emissionen in der Landwirtschaft“.

Tiefe geothermische Energie

Tiefe Geothermie betrifft häufig Bohrungen ab ungefähr 500 Metern. Die Temperatur nimmt meist mit der Tiefe zu, wobei die örtliche Geologie den Anstieg bestimmt.

Für England werden als Richtwerte mittlere Temperaturen von ungefähr 40, 90 und 140 °C in 1.000, 3.000 und 5.000 Metern Tiefe angegeben.

Bohrungen von etwa 1.000 bis 2.500 Metern dienen häufig der direkten Wärmeversorgung von Gebäuden oder Industrie, insbesondere über Wärmenetze.

Am Flughafen Paris-Orly werden beispielsweise ungefähr 300 Kubikmeter Wasser pro Stunde mit 74 °C gefördert. Die thermische Leistung liegt bei etwa 10 MW; die Einsparung wird auf 4.000 Tonnen Öläquivalent jährlich geschätzt.

Große Tiefen und hohe Temperaturen

Größere Tiefe kann höhere Temperaturen erschließen, doch beide Begriffe sind nicht überall gleichzusetzen.

Unterhalb von etwa 3.000 Metern wird das Bohren häufig wegen Temperatur, Druck und Materialanforderungen anspruchsvoller. Wasser siedet unter hohem Druck nicht zwangsläufig bei 100 °C.

Höhere Temperaturen können die Stromerzeugung begünstigen, abhängig von Fördermenge und Anlagenkonzept.

Quelle: BGS

Stromerzeugung mit geothermischer Energie

In einigen Ländern liefert Geothermie einen erheblichen Teil des Stroms. Die historischen Angaben von etwa 50 % für Kenia, 30 % für Island und 17 % für die Philippinen beschreiben bestimmte Zeiträume, keine unveränderlichen Anteile am gesamten Energieverbrauch.

Nachfrage, Netzanbindung und Kosten begrenzen teilweise die Nutzung. Auch die USA, Japan, Frankreich und Italien besitzen noch erschließbare Ressourcen.

Heiße Fluide können zur Stromerzeugung und bei geeigneter Nachfrage zusätzlich zur Wärmeversorgung dienen. Die nötige Temperatur hängt vom verwendeten Prozess ab.

Konventionelle und weiterentwickelte Geothermie

Traditionelle Geothermie

Konventionelle hydrothermale Erzeugung benötigt genügend Wärme, Fluid und Durchlässigkeit.

Ungewissheit über Temperatur, Fördermenge und Durchlässigkeit kann eine teure Bohrung unwirtschaftlich machen.

Wie bei Ölbohrungen ist die unterirdische Geologie deshalb ein wichtiger technischer und finanzieller Risikofaktor.

Stimulierte geothermische Systeme

Enhanced Geothermal Systems (EGS) nutzen Stimulation, um ausreichende Fluidzirkulation zu ermöglichen.

Kontrollierte Injektion kann vorhandene Risse öffnen und neue Risse erzeugen. EGS schließt die Bildung neuer Brüche also nicht grundsätzlich aus. Verfahren und mögliche Stützmittel unterscheiden sich je nach Projekt.

EGS erweitert das nutzbare Gebiet, doch die Wirtschaftlichkeit hängt von Temperatur, Tiefe, Gesteinsspannungen, Zirkulation und Kosten ab. Ein einziges ideales geologisches Profil gibt es nicht.

Die Technik verringert die Abhängigkeit von natürlich durchlässigen Reservoirs. Langfristige Leistung und mögliche Seismizität müssen dennoch geprüft werden.

Quelle: ThinkGeoEnergy

Fortgeschrittene Geothermie

Geschlossene Kreisläufe

Einige Unternehmen entwickeln geschlossene Kreisläufe. Dabei bleibt das Arbeitsfluid in Rohren, statt durch Risse im Gestein zu zirkulieren.

Quelle: ThinkGeoEnergy

Das kann die Abhängigkeit von natürlicher Durchlässigkeit verringern. Bohrtiefe, Wärmeübertragung und Kosten bleiben jedoch entscheidende Grenzen.

Überkritische Geothermie

Überkritische Geothermie zielt auf besonders heiße Fluide. Reines Wasser wird erst oberhalb von ungefähr 374 °C und 22 MPa überkritisch. Temperatur allein reicht nicht aus.

Solche Ressourcen können mehr nutzbare Energie je Bohrung liefern. Der Faktor hängt jedoch von Druck, Temperatur, Fördermenge und Anlagenentwurf ab.Illustrative Szenarien vergleichen etwa 5 MW je Bohrung bei 200 °C mit bis zu 50 MW bei 400 °C. Das sind keine allgemein garantierten Leistungen und kein Beweis, dass drei Bohrungen grundsätzlich 42 andere ersetzen.

Das Iceland Deep Drilling Project (IDDP) ist ein wichtiges Forschungsprogramm auf diesem Gebiet.

Ein weiteres Unternehmen ist Quaise. Es entwickelt millimeterwellenbasierte Bohrtechnik mit einem Gyrotron. Tiefen von 20 Kilometern und Temperaturen von 500 °C sind Entwicklungsziele, keine bereits bewiesene kommerzielle Fähigkeit.

Mineralgewinnung

Einige geothermische Fluide sind Solen mit gelösten Mineralien. Deren Gewinnung kann zusätzliche Erlöse ermöglichen, erfordert jedoch eigene Technik und eine Wirtschaftlichkeitsprüfung.

So entwickelt Vulcan Energy (VUL.AX) eine kombinierte Gewinnung von Wärme, Strom und Lithium aus Solen im Oberrheingraben.

Kraft-Wärme-Kopplung und weitere Anwendungen

Geothermische Wärme kann direkt genutzt oder in Strom umgewandelt werden.

Weitere mögliche Anwendungen sind Entsalzung oder Energie für die Herstellung von Wasserstoff und Ammoniak. Ihre Wirtschaftlichkeit hängt von Infrastruktur, Nachfrage und Gesamtkosten ab.

Wirtschaftlichkeit der Geothermie

Geothermie kann an geeigneten Standorten wettbewerbsfähig sein. Eine kommerzielle Prognose schätzte das durchschnittliche jährliche Marktwachstum 2023–2033 auf 3,14 %. Das ist eine Schätzung, kein feststehendes Ergebnis.

Der Sektor kann auf jahrzehntelange Bohrerfahrung der Öl- und Gasindustrie zurückgreifen und vorhandene Fachkenntnisse für neue Aufgaben nutzen.

Kostenvergleiche mit Solarstrom und Speichern hängen von Standort, Finanzierung, Auslastung und dem Wert verlässlicher Erzeugung ab.

Quelle: Lazard

Geothermie kann besonders dort nützlich sein, wo die winterliche Wärmenachfrage hoch und die Solarproduktion gering ist, sofern geeignete Ressourcen vorliegen.

Wirtschaftlichkeit erfordert die Beherrschung hoher Anfangskosten und des Bohrrisikos. Die Amortisationszeit variiert und beträgt nicht grundsätzlich ein oder zwei Jahrzehnte.

Förderung und Steueranreize unterscheiden sich nach Land und Technologie. Solar- und Windenergie erhalten oft mehr Aufmerksamkeit, doch auch Geothermie kann förderfähig sein.

Der steigende Bedarf an verlässlicher emissionsarmer Energie könnte das Interesse an geothermischen Projekten verstärken.

Vor- und Nachteile der Geothermie

Die beste grüne Energie?

Geothermie kann stetige erneuerbare Produktion mit hoher Auslastung liefern. Wie schnell eine Anlage ihre Leistung regeln kann, hängt vom Entwurf ab; Grundlastfähigkeit und Flexibilität sind nicht dasselbe.

Viele Projekte benötigen relativ wenig Fläche. Bohrungen, Leitungen, Anlagen, Wasserverbrauch, mögliche Gasemissionen und Seismizität haben trotzdem Umweltauswirkungen.

Quelle: Wikipedia

Vorhandene Bohrtechnik und Lieferketten können genutzt werden. Das kann Bezugsquellen diversifizieren, beseitigt aber nicht jede internationale Abhängigkeit.

Grenzen und Risiken

Ressourcenverknappung

Unterirdische Wärme erneuert sich, kann örtlich aber schneller entnommen werden, als sie nachfließt.

Das Reservoirmanagement muss Förderung, Reinjektion und langfristige Temperaturentwicklung berücksichtigen. Betriebs- und Erholungszeiten folgen keiner überall gültigen Regel von 30 bis 50 Jahren.

Erdbebenrisiken

Veränderungen des Fluiddrucks können Störungen im Gestein aktivieren. Beispielsweise wurde das schädliche Erdbeben der Stärke 5,5 in Pohang, Südkorea, 2017 mit einem geothermischen Projekt in Verbindung gebracht.

Erhöhter Porendruck kann die effektive Spannung verringern, die eine Störung festhält. Der Vorgang lässt sich nicht ausreichend als bloßes Schmieren der Gesteinsschichten beschreiben.

Die meisten induzierten Ereignisse sind klein, doch einzelne können erhebliche örtliche Schäden verursachen.

Standortwahl, Störungskartierung, Überwachung und klare Regeln zur Reduzierung oder Unterbrechung des Betriebs sind deshalb wichtig.

Geschlossene Kreisläufe vermeiden die direkte Injektion in das Reservoir und können einige Risiken verringern. Sie machen jedoch nicht jede Bohrung völlig risikofrei.

Investitionen in geothermische Energie

Der Sektor ist kleiner als andere erneuerbare Branchen und entwickelt sich technisch weiter.

Viele Startups sind privat, etwa Eavor bei geschlossenen Kreisläufen und Quaise bei der Erschließung besonders heißer Gesteine. Andere Investitionsmöglichkeiten wie Baseload Capital sind nicht jedem Privatanleger zugänglich.

Spezialisierte Unternehmen wie Iceland Drilling können außerdem mit größeren Bohrkonzernen verbunden sein, etwa Archer — ARCH.OL in diesem Beispiel.

Es gibt auch börsennotierte Unternehmen. Auf dieser Website finden Sie Brokervergleiche für die USA, Kanada, Australien, Großbritannien und viele weitere Länder.

Statt Einzelunternehmen können Anleger breitere Clean-Energy-ETFs untersuchen, darunter den iShares Global Clean Energy ETF (ICLN), den First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN) oder den ALPS Clean Energy ETF (ACES). Diese investieren nicht ausschließlich in Geothermie; ihre Zusammensetzung und Risiken müssen gesondert geprüft werden.

Geothermie-Unternehmen

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat ist ein großer börsennotierter Eigentümer und Betreiber geothermischer Anlagen. Die im Artikel verwendete Momentaufnahme beschreibt rund 1,23 GW Erzeugungsleistung und 125 MW in Entwicklung, mit Aktivitäten in den USA, Kenia, Indonesien, Mittelamerika und der Karibik. Das Portfolio ist nicht ausschließlich geothermisch.

Ormat baut auch Stromspeicher aus. Mit der Inbetriebnahme von Montague meldete das Unternehmen 2024 etwa 190 MW Speicherleistung. Ungefähr 1 GW bis 2028 war ein Ziel. MW bezeichnet Leistung, nicht gespeicherte Energie in MWh.

Quelle: Ormat

Das Unternehmen strebt Wachstum durch eigene Anlagen und Techniklieferungen für andere Betreiber an, unter anderem in Neuseeland und Indonesien.

Ormat verwies auf ungefähr 3,4 GW weltweit installierte geothermische Technik und bezeichnete sich als drittgrößten Anbieter hinter Fuji Electric und Toshiba. Techniklieferungen bedeuten nicht, dass Ormat alle diese Anlagen besitzt.

Ormat schätzte mögliche jährliche Mittelzuflüsse aus US-Steueranreizen im Rahmen des Inflation Reduction Act auf bis zu 125 Millionen Dollar. Sie hängen von Regeln und förderfähigen Projekten ab.

Quelle: Ormat

Begrenzte Erfahrung mancher Versorger und Industriekunden kann die Einführung geothermischer Technik erschweren.

Ormats Erfahrung kann ein Vorteil sein, garantiert aber weder künftige Gewinne noch eine überdurchschnittliche Aktienrendite.

2. Vulcan Energy (VUL.AX)

Vulcan Energy Resources ist ein australischer Konzern mit wichtigen Aktivitäten in Deutschland. Er entwickelt geothermische Energie und Lithiumgewinnung im Oberrheingraben.

Die erste Projektphase Lionheart zielte laut Präsentation von Ende 2024 auf 24.000 Tonnen Lithiumhydroxid-Monohydrat jährlich, nach Unternehmensangaben ausreichend für ungefähr 500.000 Elektroautobatterien. Größere Langfristziele sind nicht mit der ersten Phase gleichzusetzen.

Die Wärme könnte lokale Fernwärmenetze versorgen und einen Teil fossiler Brennstoffe ersetzen.

Für Phase eins waren jährlich 275 GWh Strom und bis zu 560 GWh Wärme vorgesehen. Das waren Projektziele, keine bereits erreichte Produktion.

Quelle: Vulcan Energy

2024 betrieb Vulcan Demonstrations- und Optimierungsanlagen, noch keine vollständige kommerzielle Lithiumproduktion. Abnahmevereinbarungen bestanden unter anderem mit Stellantis, Volkswagen, LG, Umicore und Renault. Stellantis investierte 2022 50 Millionen Euro, nicht Dollar.

Ressourcenentwicklung, Lithiumkonzentration und Kosten beruhen auf Modellen und Studien. Ein früheres Ziel eines Starts Ende 2025 war keine Garantie. Die Umsetzung hängt von Finanzierung, Bau und technischer Leistung ab.

Quelle: Vulcan Energy

Die erste Produktion in Demonstrationsanlagen 2024 war ein wichtiger Schritt, kein Nachweis der Wirtschaftlichkeit im kommerziellen Maßstab. Erwartete Cashflows und niedrige Kosten bleiben mit erheblichen Umsetzungsrisiken verbunden.

Die Kombination aus geothermischer Energie und Lithiumgewinnung könnte Emissionen in der europäischen Batterielieferkette senken. Aussagen über CO₂-Neutralität, Einzigartigkeit oder die größte europäische Ressource hängen von Definitionen, Bilanzgrenzen und Unternehmensschätzungen ab.