Das Potenzial von Geothermiekraft
Auf den ersten Blick erscheint Geothermiekraft als eine brillante Energiequelle. Es ist eine saubere Energieform. Der Erdboden birgt genug Wärme, um die Zivilisation für jede absehbare Zukunft mit Energie zu versorgen. Bohrarbeiten genügen, um darauf zuzugreifen. Doch es gibt komplexe Herausforderungen.
Der Schritt zur Supercritical Geothermie
Superkritische Geothermie bringt das Konzept auf ein neues Level. Konventionelle geothermische Systeme operieren durch Bohrungen an vulkanischen Gebieten oder heißen Quellen. Dort wird die Wärme entweder durch das Pumpen von Wasser in den Boden und das anschließende Extrahieren von Dampf oder durch den Einsatz eines Wärmetauschers gewonnen. Diese Ansätze funktionieren, jedoch zu hohen Installationskosten und an wenigen Standorten weltweit.
Das Temperaturmaximum liegt normalerweise bei etwa 200 °C. Nur etwa 5 MW Energie können aus einer einzelnen Anlage gewonnen werden. Diese niedrige Ausbeute spiegelt sich darin wider, dass Geothermiekraft nur etwa 0,5 % des weltweiten Energieoutputs ausmacht. Über die Jahre wächst die Kapazität nicht über 3,5 % hinaus.
Temperaturen und Drücke über 373 °C
Superkritische Geothermie könnte hier Abhilfe schaffen. Durch das Auffinden von Magmapockets in Tiefen von nur 2 km oder das Erkunden heißer innerer Erdschichten bis zu 20 km lassen sich die Temperaturen und Drücke signifikant steigern. In dieser Zone über 373 °C und drucküber 220 bar bleibt Wasser in einem überhitzten Zustand. Diese Substanz kann vier bis zehn Mal mehr Energie tragen als reguläres Wasser oder Dampf.
Im Klartext: Eine Supercritical Geothermie-Anlage könnte eine Kapazität von 50 MW haben. Der Energieoutput von drei Bohrlöchern könnte dem von 42 konventionellen Geothermiewerken entsprechen. Ein attraktives Konzept, doch die praktischen Herausforderungen sind enorm.
Ingenieurtechnische Herausforderungen und die BDTZ
Das Bohren in tiefere Erdschichten bringt massive ingenieurtechnische Herausforderungen mit sich. Es erfordert Methoden und Materialien, die an ihre Grenzen gehen. Fantastisch tiefe Bohrlöcher müssen geschaffen werden. Diese Löcher müssen extremen Drücken, Gasen und korrosiven Effekten standhalten, die übliche Bohrgeräte schnell zerfressen könnten.
Eine größere Problematik ist der sogenannte Brittle-Ductile Transition Zone (BDTZ). Der Bohrer muss diese Wechselzone durchdringen, bevor er die überkritische Zone erreicht. Bei hohen Temperaturen und Drücken verändert sich der Fels von spröde zu plastisch – eine Herausforderung für jedes Bohrgerät.
Der komplizierte BDTZ und die damit verbundenen Schwierigkeiten
Die BDTZ ist nicht einheitlich. Der obere Bereich ist noch spröde, der untere flexibel, und die Mitte zeigt Merkmale beider Zustände. Die Realität stellt sich als irreführend und gefährlich dar. Bohren durch diese Zonen erfordert viel Aufwand, jedoch erzielt man kaum Fortschritte.
"Um den BDTZ zu überwinden, wird tiefes Verständnis der Bohrregion benötigt", erklärt Subramanian. Man muss gezielt nach spezifischen Bereichen suchen, die das gewünschte spröde Gestein bieten. Auch die vulkanischen Gase, wie Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid stellen ein Gesundheits- und Sicherheitsrisiko dar.
Technische Barrieren und die Zukunft der Supercritical Geothermie
Diese Hürden scheinen nicht nur allein kompliziert, sie öffnen die Möglichkeit, dass sie mit der gegenwärtigen Technologie unüberwindbar sind. Der Traum, Supercritical Geothermie zu realisieren, könnte in unerreichbare Höhen steigen. Subramanian bemerkt: "Supercritical Geothermie ist weit von einer Kommerzialisierung entfernt und wird von Fortschritten in Bohrmethoden, digitaler Ressourcensimulation und Materialentwicklung abhängig sein."
Obwohl der Ansatz theoretisch viel verspricht, wird sich die Supercritical Geothermie wahrscheinlich nicht in der gegenwärtigen Energiewende etablieren. Technologische Fortschritte könnten eventuell einen Durchbruch ermöglichen – allerdings nur in Regionen mit vulkanischer oder tektonischer Aktivität.
Neuartige Ansätze und vielversprechende Technologien
Optimistisch bleiben einige Unternehmen. Als Beispiel, die Quaise-Startups, welches von MIT und der Cambridge University unterstützt wird. Sie entwickeln Technologien, die auf einen partikelstrahlen Generator, auch bekannt als Gyrotron, setzen. Dieser könnte in der Lage sein, die hinderlichen Schichten des plastischen Gesteins zu zerbrechen, zu schmelzen und zu verdampfen.
Die Zukunft der Supercritical Geothermie bleibt also spannend, unsicher und vielleicht irgendwann realisierbar. Langfristig könnte sie ein bedeutender Teil der nachhaltigen Energieversorgung werden – wenn die entsprechenden Herausforderungen gemeistert sind.
Weiterführende Links und Quellen:
- https://www.nrel.gov/news/features/2023/full-steam-ahead-unearthing-the-power-of-geothermal.html
- https://www.irena.org/Publications/2023/Feb/Global-geothermal-market-and-technology-assessment
- https://www.nrel.gov/docs/fy21osti/78291.pdf
- https://luxresearchinc.com/blog/sup...ential-but-improbable-nearing-the-impossible/