Erdwärme: Die Energie aus der Erde

Die dem Untergrund entzogene Energie kann mit verschiedenen Techniken für Heiz- und Kühlzwecke sowie für die Stromerzeugung genutzt werden. Die meisten dieser Techniken, wie zum Beispiel Erdwärmesonden, Erdwärmekörbe und Grundwasserwärmenutzungen sind in der Schweiz weit verbreitet. Aber auch in der Schweiz weniger häufig eingesetzte Techniken wie hydrothermale Geothermieanlagen wie in Riehen BL sind etablierte und bewährte Systeme. Städte wie München und Paris beweisen die Praxistauglichkeit.

Die Geothermie auf der Basis von stimulierten Systemen in grosser Tiefe (petrothermale Geothermie oder EGS) befindet sich dagegen noch in der Entwicklungsphase. Diese Technologie weist ein grosses Potenzial zur Erzeugung von Wärme und Strom in praktisch allen geologischen Verhältnissen auf.

Die Wärmepumpe nutzt die Wärme der Aussenluft, der Erde (Erdwärmesonde in 200 bis 400 Metern Tiefe oder horizontale Erdkollektoren in ca. 1,5 Metern Tiefe), des Grundwassers oder eines Gewässers. Diese Wärme reicht aus, um ein flüssiges Kältemittel, das in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, zum Verdampfen zu bringen. Ein Kompressor verdichtet den Dampf, und mit dem Druck steigt auch die Temperatur. Die so generierte Wärme wird an das Heizwasser abgegeben, das im Haus zirkuliert. Als Folge der Wärmeabgabe verflüssigt sich das Kältemittel wieder. Es fliesst zurück zur Wärmequelle, der Vorgang kann sich wiederholen. Die Wärmepumpe braucht zwar Strom, generiert aber das Drei- bis Fünffache davon an Wärmeenergie. Für einen vollständig CO2-neutralen Betrieb ist Strom aus erneuerbaren Quellen nötig, also zum Beispiel Solarstrom.

Eine Sole/Wasser-Wärmepumpe bezieht die im Erdreich gespeicherte, natürliche Geothermie (Erdwärme). Diese lässt sich mit senkrechten Erdwärmesonden, die bis zu 500 Meter tief in den Untergrund ragen, nutzen. Im gelegten Rohrsystem im Untergrund zirkuliert eine sogenannte Sole – eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel –, welche dem Erdreich die Wärme entzieht und bis zur Wärmepumpe transportiert. Der von der Erdwärmesonde abgekühlte Untergrund wird durch natürliche Wärmeleitung laufend wieder erwärmt, oder muss bei zu starker Abkühlung regeneriert werden. Bohrung und Erstellung einer Erdwärmesonde erfordern eine gewässerschutzrechtliche Bewilligung.

Eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe bezieht ihre Energie vom Grundwasser oder von Oberflächengewässern. Das Grundwasser wird über Brunnenbohrungen erschlossen. Ein Rohrsystem führt das Grundwasser oder die Oberflächengewässer zur Wärmepumpe und transportiert das genutzte Wasser wieder via einen Versickerungsbrunnen oder -schacht ins Herkunftssystem zurück. Grundwasserwärmenutzung mittels einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe ist konzessions- und bewilligungspflichtig.