Überbaute Stadtgebiete als geothermische Schatzgruben

Der Boden unter städtischem Gebiet erwärmt sich stärker als derjenige unter Grünflächen. Diese zusätzliche Energie kann genutzt werden!

Autor Simon Dupree, 16.02.17

Geothermie, so nennt man die Wissenschaft thermischer Wärme und der Verteilung der Temperatur im Erdkörper. Sogenannte Erdwärmeanlagen gehören zu den gängigsten geothermischen Methoden zur Energiegewinnung. Um die Wärme in einem Erdkörper nutzen zu können, bohrt man rund 150 Meter, in Städten in der Regel noch tiefer, in den Boden. In dieses Bohrloch wird ein Wärmetauscher, meist zwei U-förmige Rohre, durch die ein Fluid zirkuliert, eingebracht. Das Fluid entzieht dem Boden Wärme und führt diese an die Oberfläche. Über eine (elektrische) Wärmepumpe wird die Wärmeenergie in Gebäuden zur Heizung von Räumen oder zur Aufbereitung von Warmwasser genutzt. Geothermie ist also das Verfahren zur Nutzung von Erdwärme zur Stromgewinnung und Wärmeerzeugung durch gezieltes Bohren.

In Städten und dicht bebauten Flächen ist es generell wärmer als in deren Umland. Diesen Unterschied spürt man besonders an heißen Sommertagen, wenn die Hitze zwischen den Bauten steht und die Straßen zusätzliche Wärme abstrahlen. Außerhalb der Stadt ist die Luft hingegen spürbar kühler. Doch urbane Gebiete gelten nicht nur oberirdisch als besondere Wärmeinseln. Auch der Erdboden unterhalb bebauter Flächen sind solche, denn die Wärme wird über Straßen, Keller, Tiefgaragen oder Abwasserkanäle in den Boden abgeführt. Dieser Wärmeeintrag kann enorm sein. Beispiel gefällig? In der Stadt Zürich ist es in 20 Metern Tiefe im Schnitt einige wenige Grade wärmer als außerhalb der Stadt. Was nicht besonders hoch erscheint, hat jedoch ein enormes Nutzungspotenzial.

Was bringen uns neue Forschungserkenntisse über das geothermische Potenzial stark bebauter Gebiete?

Eine Gruppe von Forschern zeigte nun am Beispiel von Zürich, dass in unterirdischen Wärmeinseln in städtischen Gebieten ein bislang ungenutztes Potenzial zur Energiegewinnung schlummert. Der Erdwissenschaftler Jaime Rivera und seine Kollegen der ETH Zürich berechneten mit einem Modell, dass das Potenzial für die Nutzung von Erdwärme in städtischem Areal dank des Inseleffekts um bis zu 40 Prozent höher liegt als auf dem Land. Dieser erhöhte Wärmefluss könnte mit Anlagen, wie sie bereits heute zur Nutzung von Erdwärme eingesetzt werden, angezapft werden. Es wird erwartet, dass dieses Potenzial zudem aufgrund einer erhöhten Erderwärmung der Atmosphäre aufgrund des Klimawandels weiter ansteigt.

Erdwärmeanlagen auf Stadtgebieten können dank der zusätzlich eingebrachten Wärme länger oder intensiver genutzt werden. Es können dabei höhere Energiemengen aus dem Boden gewonnen werden, oder aber die Länge der Bohrlöcher könnte deutlich kürzer werden. „Jedes zusätzliche Grad Celsius an der Erdoberfläche auf Stadtgebiet bedeutet, dass das Bohrloch vier Meter weniger tief sein muss, um daraus die gleiche Energiemenge gewinnen zu können“, so Jaime Rivera. Dies spart Kosten und vermindert Umwelteingriffe.

Die Forschungserkenntnisse helfen bei der Planung von geothermalen Energiesystemen in Gebieten mit erhöhten Bodentemperaturen. Gerade in Städten gibt es unzählige Wärmequellen wie Tunnel, Abwasserkanäle oder Fernwärmeheizsysteme, die zur Bodenerwärmung beitragen und zukünftig als künstliche, geothermale Energiesysteme dienen könnten.

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