Nutzung der Solarenergie und Geothermie als unerschöpfliche Energiequelle

Februar 1, 2022 0 Von Adalbert Schneider
Foto einer heißen, durch Bakterien bunt gefärbten Quelle
Grand prismatic spring, Yellowstone NP (Foto: Bild von Mike Goad auf Pixabay)

 Eine Voraussetzung für das Erreichen der Klimaziele ist die Nutzung der Geothermie und Solarenergie. Die in der Erde gespeicherte Energie, als Geothermie bezeichnet, ist ein Wärmepotenzial, das für eine Vielzahl von Industrieprozessen, fürs Wohnen und Gewerbe zur Verfügung steht. Als Wärmeträger und Energiequelle steht warmes Wasser, z. B. aus Thermalquellen, mit bis zu über 100°C zur Verfügung.

Die Temperatur steigt in der Erdrinde um 3°C pro 100m Tiefe. In 2000m tiefen Gruben beträgt die Temperatur ca. 40°C. Kohlegruben in Deutschland können mit Wasser gefüllt als große Wärmereservoire dienen. Aber auch feuchte bodennahe Schichten, Bäche und Flüsse sind geeignet für die Bereitstellung von Wärme für Heizung und warmes Brauchwasser. Mit einer Wärmepumpe (meist strombetrieben) kann aus diesen Wärmequellen Wärmeenergie entzogen werden. In der Wärmepumpe sind zwei Wasserkreisläufe integriert: Kreislauf eins nimmt Wärme aus geothermischen Quellen auf, Kreislauf zwei gibt Wärme an das System für Heizung und Brauchwasser ab.  Dieses erfolgt in einem Wärmepumpensystem mittels Verdampfungs- und Kompressionsvorgang, ähnlich der Funktionsweise des Kühlschranks. Die Effizienz dieses Prozesses wird durch Leistungszahlen angegeben. Hierbei können Leistungszahlen bis zu 5 COP (coefficient of Performance) erzielt werden. Diese Zahl bedeutet, dass mit einer kWh elektrischer Energie 5kWh Wärmeenergie erzeugt werden. Die Höhe der Leistungszahl ist abhängig von der Temperatur des Kreislaufs eins, der mit der geothermischen Quelle verbunden ist.  Je geringer der Temperaturunterschied zwischen Kreislauf 1 und 2 ist, umso größer ist die erzielte Leistungszahl. Die  Leistungszahl ist auch abhängig von der erforderlichen Vorlauftemperatur des Heizsystems und der Temperatur des Brauchwassers. Je höher diese Temperaturen sein müssen, um so niedriger sind die Leistungszahlen. Günstig sind  Fußbodenheizungen. Durch die verhältnismäßig großen Heizflächen reichen geringere  Vorlauftemperaturen im Vergleich zu Heizkonvektoren aus. Energieeffiziente Maßnahmen an der Außenhülle des Gebäudes reduzieren ebenso den Wärmebedarf und die erforderliche Temperatur im Heizsystem. Der Einsatz der Wärmepumpe ist aber ökologisch nur sinnvoll, wenn die gewonnene Energie größer ist als die eingesetzte Primärenergie. Der eingesetzte Strom sollte zudem aus regenerativen Energien gewonnen sein.