11:58 VERSCHIEDENES

Geothermie: Studie bereitet Feld für flächendeckenden Einsatz

Geschrieben von: Stefan Schmid (sts)
Teaserbild-Quelle: Keystone-sda

Für die Gewinnung von Wärmeenergie bietet Geothermie bis zu einer Tiefe von 400 Metern grosses Potenzial. Eine Forschergruppe der EPFL hat dazu auf Basis von umfangreichem Datenmaterial im Lemanbogen die verfügbare Fläche und das technische Potenzial eruiert. Die Studie dürfte bei der geothermischen Nutzung des Niedertemperaturbereichs wegweisend sein für die Schweiz.

Bohrung für Geothermie

Quelle: Keystone-sda

Bohrlöcher für Erdwärmsonden im Niedertemperaturbereich reichen bis in eine Tiefe von 400 Metern, wobei der Fokus der Potenzialanalyse auf der Nutzung des Erdreichs liegt.

Auf Heizung und Kühlung von Gebäuden entfällt rund ein Drittel des gesamten Energiebedarfs der Schweiz. Etwa zu 75 Prozent wird dabei auf fossile Energieträger zurückgegriffen, um die dafür benötigte Energiemenge bereitzustellen. Auf Gebäude ist somit ein Anteil von 27 Prozent der nationalen Emissionen von Kohlendioxid zurückzuführen. Erneuerbare Wärme- und Kältequellen haben daher einen erheblichen Hebeleffekt zur Reduktion der Emissionen.

Fürs Heizen mit Energie aus erneuerbaren Quellen bietet sich die Geothermie an. Nachdem Wärmepumpen in der letzten Dekade, unabhängig von den genutzten Medien, ein exponentielles Wachstum verzeichneten, soll die Technik nun bei der oberflächennahen Geothermie eine breitere Anwendung finden, und zwar im Niedertemperaturbereich. Wärme wird dabei aus dem Erdreich in einer Tiefe von weniger als 400 Metern gewonnen und direkt Heizanwendungen zugeführt. Da die Bodentemperatur in der Tiefe der Erdwärmesonden im Jahresverlauf nahezu konstant ist, weisen diese Systeme eine hohe Leistungszahl auf (COP – Coefficient of Performance). Um aus verfügbaren Flächen ein Maximum an Wärmeenergie herauszuholen, gilt es, bestimmte Gesetzmässigkeiten zu beachten.

Technisches Potenzial eruieren

Eine Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der EPFL in Lausanne rund um Aline Walch hat für die Erschliessung des Energiepotenzials einen besonderen Fokus auf den Lemanbogen gelegt. Gegenstand der Studie ist die Abschätzung des technischen geothermischen Potenzials von oberflächennahen Erdwärmepumpen, die für einzelne Grundstücke im regionalen Massstab vorgestellt werden. Beim technischen Potenzial handelt es sich um die maximale thermische Energie, die aus vertikalen Erdwärmesonden gewonnen werden kann, die auf der gesamten verfügbaren Fläche installiert sind, sodass diese mit mindestens 80 Prozent der empfohlenen Leistung betrieben werden können, wie es in einem Fachartikel zu den Forschungen heisst. Der technische Rahmen der Studie bildet die Geothermienorm des Schweizerischen Ingenieur- und Architektenvereins (SIA), welche hierzulande die Anforderungen an die Dimensionierung von oberflächennahen Erdsondenwärmepumpen definiert und von einem Planungshorizont von 50 Jahren ausgeht.

Ein besonderes Augenmerk richteten die Wissenschaftler auf die Wärmekapazität des Bodens und die effektiv verfügbare Fläche für geothermische Anwendungen. Die Studie widmet sich auch dem Problem einer potenziellen Übernutzung, sei dies durch thermische Überlagerungen benachbarter Bohrungen. Die Ergebnisse zeigen ausserdem, dass die kumulative Tiefe der installierten Erdsonden ein geeigneter Parameter sein kann, um eine mögliche Übernutzung der Wärmekapazität des Bodens zu beurteilen. 

Die vorgeschlagene Methode kombiniert die thermischen Eigenschaften des Bodens, die verfügbare Fläche für die Installation von Erdwärmesonden und ein entsprechendes technisches Modell, wobei sich die EPFL-Studie auf die Quantifizierung thermischer Überlagerungen zwischen Erdwärmesonden konzentriert. Zu berücksichtigen waren zudem regionale Unterschiede. Auch in dieser Hinsicht ist die Studie ein Novum, denn derzeit gibt es noch keine Methode zur Quantifizierung eines bedarfsunabhängigen technischen Potenzials auf regionaler Ebene.

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