US-Forschende und Jungunternehmen liefern sich inzwischen ein Rennen, um diese bizarre unterirdische Bühne in verlässlichen, jederzeit verfügbaren CO₂-armen Strom zu verwandeln - und sie sind überzeugt, dass das Potenzial sogar das heutige weltweite Stromsystem übertreffen könnte.
Super tiefe Geothermie, die „neue“ alte Energie
Geothermie ist alles andere als eine Erfindung der Gegenwart. Von Island bis Kenia wird in heisses Gestein gebohrt, Wasser hinabgepumpt und der zurückkehrende Dampf genutzt, um Turbinen anzutreiben. Die Technologie gilt als konstant, ist nicht von Wind oder Sonne abhängig und kann rund um die Uhr liefern.
Trotzdem schöpft klassische Geothermie nur einen kleinen Teil dessen aus, was unter unseren Füssen steckt. Sie ist darauf angewiesen, dass das Gestein von Natur aus nicht nur heiss, sondern auch durchlässig ist - meist in vulkanisch geprägten Regionen. Genau das begrenzt die Standorte stark.
„Super tiefe Geothermie zielt auf ultraheisses Gestein in Tiefen von 3 bis 19 Kilometern, wo Wärme fast überall verfügbar wird - nicht nur in vulkanischen Hotspots.“
In diesen Tiefen können die Temperaturen so hoch werden, dass Wasser in einen überkritischen Zustand übergeht - ein energiereiches Fluid, das sich deutlich von normalem Dampf unterscheidet. Gelingt es der Technik, dieses Medium kontrolliert zu führen und im Kreislauf zu bewegen, würde sich eine Ressource erschliessen, die Forschende weltweit auf rund 63 Terawatt - 63,000 Gigawatt - potenzielle Erzeugungsleistung beziffern.
Die heutige Stromproduktion der Menschheit liegt bei ungefähr einem Achtel dieses Werts.
Ein Labor, das die tiefe Erde nachstellt
Oregons Experiment in einer künstlichen Hölle
Bevor das praktisch nutzbar wird, müssen Forschende erst verstehen, was mehrere Kilometer unter der Oberfläche tatsächlich abläuft. Genau dafür wurde an der Oregon State University das neue Experimental Deep Geothermal Energy Lab (EDGE) aufgebaut.
Die Anlage wurde durch eine Spende von 750.000 US-Dollar des US-Jungunternehmens Quaise Energy mitfinanziert und ist darauf ausgelegt, die brutalsten Bedingungen tiefer Gesteinsformationen nachzubilden.
Kernstück ist ein Durchflussreaktor: Darin zirkuliert Wasser bei etwa 400 °C und unter Drücken, die ungefähr 500-mal höher sind als an der Oberfläche.
„Indem EDGE Wasser, Mineralien und Gesteinsfragmente bei 400 °C und 500 Atmosphären in Echtzeit zusammenbringt, können Forschende Prozesse der tiefen Erde beobachten, die bisher praktisch nur in Computermodellen existierten.“
Kameras und Sensoren zeichnen dabei jedes Detail auf: wie sich Mineralien im heissen Fluid lösen, an welchen Stellen sie wieder ausfallen und welche Gesteinsarten anfangen zu zerbröseln oder umgekehrt Poren und Risse abdichten.
Viele bestehende Geothermie-Modelle sind auf deutlich mildere Bedingungen um 200 °C abgestimmt - unter Extremwerten werden sie rasch unzuverlässig. Die Messdaten aus EDGE sollen eine neue Generation von Simulationswerkzeugen speisen, damit Betreiber besser entscheiden können, wo gebohrt wird, wie die Fluide zirkulieren sollen und welche Materialien im Bohrloch eingesetzt werden.
Wenn Wasser nicht mehr wie Wasser ist
Der Sprung in den überkritischen Bereich
Erreicht Wasser unter ausreichend hohem Druck etwa 374 °C, geht es in den überkritischen Zustand über. Es ist dann weder eindeutig Flüssigkeit noch Gas, sondern eine Mischphase mit besonderen Eigenschaften.
In diesem Bereich kann Wasser pro Kilogramm ein Mehrfaches an Wärme transportieren verglichen mit normal heissem Wasser. Gleichzeitig strömt es anders durch Risse im Gestein und reagiert deutlich aggressiver mit Mineralien.
„Ein einziges Bohrloch, das überkritisches Wasser zirkulieren lässt, könnte theoretisch deutlich mehr Leistung liefern als ein ganzes Feld herkömmlicher Geothermiebohrungen.“
Genau diese Energiedichte macht Unternehmen wie Quaise aufmerksam. Wenn jedes tiefe Bohrloch mehr Leistung bringt, braucht es weniger Bohrungen - das reduziert den Flächenbedarf an der Oberfläche und kann die Kosten über die Lebensdauer senken.
Der Preis dafür ist hoch: Alles, was mit dem Fluid in Kontakt kommt - Stahlverrohrungen, Dichtzemente, Stützmittel (Proppants) und sogar das umgebende Gestein - ist einer Chemie und mechanischen Belastung ausgesetzt, die deutlich über dem liegt, was Öl- und Gasbohrungen typischerweise verkraften müssen.
Der technische Albtraum: verstopfte Bohrungen und zerfallende Materialien
Mineralien, die Bohrungen wie Beton verschliessen
Ein zentrales Problem ist die Bildung von Ablagerungen (Scaling). Viele tiefe Gesteine enthalten gelöste Salze und Metalle, die bei sehr hohen Temperaturen und Drücken stabil bleiben. Sobald das Fluid auf dem Weg nach oben etwas abkühlt oder der Druck geringfügig sinkt, können diese Stoffe schlagartig auskristallisieren.
Das ähnelt Kalkablagerungen im Wasserkocher - nur passiert es in Rissen und Poren mehrere Kilometer unter der Erde.
Mit der Zeit kann dieser Belag die Zirkulationswege zusetzen, die Leistung einer Anlage stark drosseln oder ein Bohrloch komplett unbrauchbar machen. Solche Ablagerungen in grosser Tiefe zu entfernen, ist schwierig, riskant und teuer.
Am EDGE testen Forschende systematisch unterschiedliche Gesteinszusammensetzungen: Was löst sich, was fällt aus, und bei welchen Kombinationen aus Temperatur und Druck treten die schlimmsten Verstopfungen auf? Diese Erkenntnisse sollen sowohl die Standortwahl als auch Strategien für chemische Behandlungen in industriellen Projekten verbessern.
Stützmittel und Sand bei extremer Hitze
Tiefe Systeme könnten zudem auf sogenannte „Proppants“ setzen - Sand- oder Keramikkörner, die feine Risse offenhalten, ähnlich wie Verfahren aus dem Öl- und Gassektor.
Bei 200 °C gibt es damit bereits jahrzehntelange Erfahrung. Bei 400 °C, in chemisch aggressivem, überkritischem Wasser, können dieselben Körner jedoch weich werden, reagieren oder sich sogar auflösen.
Im EDGE werden verschiedene Sande, Keramikkugeln und Verbundpartikel solchen Bedingungen ausgesetzt. Gemessen wird, wie robust die Optionen wirklich sind: Bleibt die Form erhalten, widerstehen sie dem Zerdrücken, und verhindern sie, zu Schlamm zu zerfallen?
„Die langfristige Tragfähigkeit supertiefer Projekte wird ebenso sehr von unscheinbaren Materialien wie Sand und Zement abhängen wie von hochmodernen Bohrwerkzeugen.“
Quaises radikaler Bohransatz
Vom Bohrmeissel zum elektromagnetischen Gesteinsschmelzen
Während die Wissenschaft vor allem die Chemie und Materialfragen untersucht, arbeitet Quaise Energy an der mechanischen Kernhürde: Wie erreicht man dieses ultraheisse Gestein überhaupt in grossem Massstab?
Das Unternehmen entwickelt ein Bohrsystem, das statt klassischer Bohrmeissel leistungsstarke elektromagnetische Millimeterwellen nutzt, um Gestein zu erhitzen und teilweise anzuschmelzen.
Wenn das Material nahe der Bohrlochwand schmilzt und anschliessend wieder abkühlt, entsteht eine dünne, glasartige Schicht, die das Loch auskleidet.
„Diese verglaste Auskleidung könnte das Bohrloch sowohl unter den erdrückenden Drücken der tiefen Erde stabilisieren als auch unerwünschte Reaktionen zwischen dem Fluid und dem umgebenden Gestein verringern.“
Quaise hat bereits Feldtests durchgeführt, darunter ein 118-Meter-Demonstrationsbohrloch in einem Granitsteinbruch in Texas. Als nächster Schritt soll es auf etwa 1 Kilometer gehen - und danach schrittweise in Richtung der 10- bis 20-Kilometer-Tiefen, die für ultraheisses Gestein nahezu überall nötig wären.
Öl- und Gasbohrungen reichen in manchen Becken schon heute bis 5 Kilometer und darüber hinaus, nutzen jedoch andere Methoden und zielen auf kühlere Zonen. Jeder zusätzliche Kilometer mit diesem hybriden elektromagnetisch-thermischen Ansatz bringt neue mechanische und thermische Herausforderungen.
Warum die USA als Erste dort sein wollen
Grundlaststrom für Rechenzentren und Schwerindustrie
Für die Vereinigten Staaten gibt es mehrere Gründe, diese zunächst nach Nische klingende Technologie voranzutreiben. Rechenzentren, KI-Cluster und Industriezentren brauchen kontinuierlich Strom - idealerweise mit niedrigen CO₂-Emissionen.
Solar- und Windenergie lassen sich zwar mit Batterien kombinieren, doch für eine mehrtägige Absicherung und für energieintensive Industrie bleibt das teuer. Super tiefe Geothermie verspricht stetigen Grundlaststrom bei einem Flächenbedarf, der sich in bestehende Kraftwerksstandorte integrieren lässt.
- Sie liefert dauerhaft, unabhängig vom Wetter.
- Sie lässt sich an bestehende Netze und Übertragungskorridore anbinden.
- Sie nutzt eine heimische Ressource, die geopolitisch schwer zu „bewaffnen“ oder zu stören ist.
- Sie kann prinzipiell in der Nähe grosser Nachfragezentren entstehen.
Hinzu kommt ein strategischer Aspekt: Fortschrittliche Bohrtechnik und Untergrundmodellierung sind Kompetenzen, die sowohl Geothermieprojekte als auch Teile von Verteidigung und Rohstoffgewinnung tragen. Wer sie beherrscht, stärkt ein ganzes Bündel industrieller Fähigkeiten.
Geothermies leiser Aufstieg in globalen Energieplänen
Vom Nischendasein zum ernsthaften Kandidaten
Auf dem Papier wirkt Geothermie weiterhin klein. 2024 lag die weltweit installierte geothermische Stromleistung bei rund 15.1 GW; erzeugt wurden ungefähr 99 TWh - etwa 1 % des erneuerbaren Stroms.
Stärker ist Geothermie bei direkter Wärme: Fernwärmenetze, Gewächshäuser, Industrieprozesse und Thermen nutzten im selben Jahr rund 245 TWh geothermische Wärme, was etwa 3 % der globalen Nachfrage nach erneuerbarer Wärme entspricht.
| Kennzahl | Stand 2024 | Prognose 2050 | Aktueller globaler Anteil |
|---|---|---|---|
| Installierte elektrische Leistung | 15.1 GW | 800 GW | Unter 1% des erneuerbaren Stroms |
| Stromerzeugung | 99 TWh | Entspricht heute USA + Indien | Rund 1% der Erneuerbaren |
| Direkte Wärmenutzung | 245 TWh | k. A. | Etwa 3% der erneuerbaren Wärme |
| Wachstum der Wärmenutzung | +20% in 2024 | – | – |
| Prognostizierte kumulierte Investitionen | – | €2.5 trillion by 2050 | Bis zu 15% des Wachstums der Stromnachfrage |
Internationale Szenarien räumen Geothermie bis zur Mitte des Jahrhunderts inzwischen eine deutlich grössere Rolle ein - insbesondere dann, wenn tiefere und heissere Ressourcen wirtschaftlich werden. Agenturen rechnen mit bis zu 800 GW Leistung bis 2050; das entspräche ungefähr so viel Strom, wie die USA und Indien heute zusammen produzieren.
Risiken, offene Fragen und mögliche Fehlentwicklungen
Trotz der grossen Erwartungen bleiben bei supertiefer Geothermie erhebliche Unsicherheiten.
Die Bohrkosten könnten explodieren, falls das Gestein widerstandsfähiger ist als angenommen oder Werkzeuge schneller verschleissen. Ebenso ist denkbar, dass Bohrungen durch unerwartete Korrosion, Ablagerungen oder Versagen der Verrohrung deutlich früher Probleme bekommen als geplant.
Auch seismische Risiken müssen konsequent gesteuert werden. Das Einpressen und Fördern von Fluiden in der Tiefe kann gelegentlich kleine Erdbeben auslösen - wie bei einigen Projekten der Enhanced Geothermal Systems beobachtet. Um die Gefahr für nahegelegene Gemeinden in akzeptablen Grenzen zu halten, braucht es Druckmanagement, passende Betriebsregime und engmaschige Überwachung.
Daneben gibt es eine gesellschaftliche Komponente. Selbst bei niedrigen Risiken kann Widerstand entstehen, wenn Anwohnende induzierte Seismizität, Bodensenkungen oder Verunreinigungen befürchten. Transparente Messdaten, nachvollziehbares Monitoring und unabhängige Kontrolle werden dabei genauso wichtig wie die technische Leistungsfähigkeit.
Was „63,000 GW“ in der Praxis bedeutet
Wenn Forschende von 63 Terawatt theoretischem Potenzial sprechen, heisst das nicht, dass sich diese Leistung kurzfristig „einschalten“ lässt. Ein grosser Teil bleibt wegen Geologie, Kosten oder Umweltauflagen ausser Reichweite.
Realistischer ist, zunächst einen kleinen Anteil zu erschliessen. Selbst 1% dieses superheissen Potenzials läge immer noch über der heutigen globalen Stromnachfrage - doch bis dorthin könnten viele Jahrzehnte vergehen.
In Szenarien für die Praxis könnte super tiefe Geothermie eine ähnliche Rolle einnehmen wie Wasserkraft oder Kernenergie heute: als verlässliches Rückgrat, ergänzt durch fluktuierende erneuerbare Energien und Speicher. Ausserdem könnte sie Industriecluster direkt mit Prozesswärme versorgen und dort Kohle- und Gasfeuerungen ersetzen - etwa in Zement-, Chemie- oder Stahlproduktion.
Wichtige Begriffe, die man kennen sollte
In der Debatte um super tiefe Geothermie tauchen zwei technische Konzepte immer wieder auf:
- Überkritisches Wasser: Wasser, das über seinen kritischen Punkt hinaus erhitzt und komprimiert wird (374 °C, 221 bar) und dadurch ein dichtes, energiereiches Fluid bildet, dessen Eigenschaften zwischen Flüssigkeit und Gas liegen.
- Ultraheißgestein-Geothermie: Systeme, die auf Gestein zielen, das heiss genug ist, um Wasser im überkritischen Zustand zu halten - meist in Tiefen von mehr als 3 km, häufig deutlich tiefer.
Für Nicht-Fachleute hilft ein Bild: ein Schnellkochtopf auf einem zweiten Schnellkochtopf, unter mehreren Kilometern Gestein vergraben. Die Ingenieursaufgabe besteht darin, einen „Strohhalm“ in dieses System zu bringen, ihn über Jahrzehnte intakt zu halten und Fluid durchzuschleusen, ohne dass es verstopft oder unkontrolliert Risse erzeugt.
Wenn US-Teams wie jene an der Oregon State University und bei Quaise das kommerziell beherrschbar machen, entsteht nicht nur ein neues Kapitel der Geothermie. Dann käme eine weitere starke Option für sauberen Strom hinzu - eine, die unter fast jedem Land der Erde leise verfügbar ist.
Kommentare
Noch keine Kommentare. Sei der Erste!
Kommentar hinterlassen