Geothermie

Erdwärme (Geothermie) ist die unterhalb der Erdoberfläche in Erd- und Gesteinsschichten vorhandene Wärme. Die Menge an Erdwärme ist unvorstellbar groß und unter anderem der Motor für die Plattentektonik und somit beispielweise verantwortlich für die Wanderung der Kontinente, die Bildung riesiger Gebirge oder die Entstehung von Vulkanen. 99 Prozent des Erdkörpers sind heißer als 1.000 Grad Celsius. Im Erdkern werden Temperaturen von über 5.000 Grad Celsius angenommen. Nur in den obersten etwa drei Kilometern liegen die Temperaturen unter 100 Grad Celsius. Die Temperatur nimmt pro 100 Meter Tiefe in der Erdkruste im Schnitt um etwa drei Grad zu.

Es gibt verschiedene Arten und Technologien zur Nutzung von Erdwärme. Das von der MTU in München(Allach) angestrebte Verfahren ist die hydrothermale Geothermie. Durch eine Förderbohrung aus zirka 2.200 Metern Tiefe wird das etwa 70-75 Grad Celsius heiße Wasser aus dem Tiefengrundwasserreservoir an die Oberfläche gepumpt. In einem geschlossenen Thermalwasserkreislauf kann die Wärme über Wärmetauscher in den Heizwasserkreislauf der MTU übertragen werden. Dabei sinkt die Wassertemperatur auf etwa 40 Grad. Das abgekühlte Wasser wird über eine Injektionsbohrung zurück in das gleiche Tiefengrundwasserreservoir geleitet, aus dem es gefördert wurde. Dort erhitzt es sich wieder und der Kreislauf beginnt von Neuem.

Die Geothermie-Nutzung ist Teil der Klimastrategie der MTU. Ziel der Klimastrategie ist, bis 2030 die Emissionen um 60 Prozent zu senken (im Vergleich zu 2019). Die Nutzung von Geothermie zum Heizen ist dabei ein ganz wesentlicher Schritt, denn es ist eine CO₂-freie Energiequelle. Durch die direkte Nutzung des Thermalwassers ist der Wirkungsgrad sehr hoch. Lediglich für die Thermalwasserpumpe und die Umwälzpumpen wird elektrische Energie benötigt. Zudem entfallen im Vergleich zur konventionellen Energieversorgung Transportwege und Lagerhaltung, da sich die Energiequelle direkt unter dem MTU-Werk befindet.

Der Bohrplatz befindet sich im nordöstlichen Bereich des MTU-Werksgeländes, in der Nähe der Dachauer Straße

Es gibt zwei Bohrpfade. Beide Bohrungen gehen von einem gemeinsamen Bohrplatz (einem sogenannten Sammelbohrplatz) aus. Dort sind sie nur wenige Meter voneinander entfernt. Mit zunehmender Tiefe vergrößert sich der horizontale Abstand der beiden Bohrungen zueinander bis auf über 2.000 Meter. Die Förderbohrung verläuft in südliche, die Injektionsbohrung in nördliche Richtung. Sie haben je eine Länge von etwa drei Kilometern. In Summe werden etwa sechs Kilometer Bohrleitungen genutzt.

Nachdem das Thermalwasser über einen Wärmetauscher seine Wärme in den Heizkreislauf des MTU-Standorts abgegeben hat, können grundsätzlich alle Gebäude am Standort mit Wärme versorgt werden

Das Molassebecken ist die geologische Bezeichnung der Region zwischen Donau und Alpen. Durch die Auf- und Überschiebung alpiner Decken auf die europäische Erdkruste entstand eine Auflast des Gebirges auf die überschobene Erdkruste. Diese wurde so einige Kilometer nach unten in den Erdmantel gedrückt. Gleichzeitig mit dem Absenken der Erdkruste füllte sich dieses Becken stetig mit dem aus den Alpen herangeführten Erosionsschutt wieder auf. Dieses „geologische Becken“ wird als Molassebecken bezeichnet. An der Basis dieses Beckens befindet sich eine wasserführende Kalksteinschicht (Malmkarst), die ehemals an der Erdoberfläche war, heute je nach Standort, in unterschiedlicher Tiefe angetroffen wird. An der Donau südlich von Regensburg sind es nur wenige Meter, am Alpenrand liegt das Molassebecken bereits über 5.000 Meter tief. Im Bereich von München befindet es sich in 2.000 bis 3.000 Metern Tiefe.

Der Malmkarst ist an der Basis des Molassebeckens ein zirka 500 bis 600 Meter mächtiger Karst-Tiefengrundwasserleiter. Als geothermische Energiequelle direkt unter dem MTU-Standort München kann er zur Wärmeversorgung genutzt werden. Durch die Eigenschaften des Malmkarsts kann in seinen Poren, Klüften und Karsthohlräumen Wasser gut zirkulieren und dabei die Hitze der Umgebung aufnehmen, wodurch er ein ideales hydrothermales Reservoir darstellt. Der Malm-Kalkstein stammt aus dem Zeitalter des Oberen Juras und ist rund 150 Millionen Jahre alt. Damals befand sich in Südbayern ein subtropisches flaches Meer mit Riffen und Lagunen. Das Thermalwasser aus dem Malmkarst wird beispielsweise in Thermen in Erding oder in Niederbayern, Oberösterreich und in Oberschwaben direkt genutzt.

Prinzipiell sind die Umweltrisiken bei der Tiefengeothermie sehr gering. Das Wasser wird nach Abgabe der Wärme an den Wärmetauscher ohne weitere Änderung wieder dem Reservoir zugeführt. Die Anforderungen und behördlichen Vorgaben zum Schutz der Umwelt beim Errichten und dem Betrieb einer Geothermieanlage sind in Deutschland sehr hoch und werden intensiv überwacht. Die geologischen Bedingungen des tieferen Untergrunds im Großraum München sind bereits durch zahlreiche Geothermiebohrungen oder durch ehemalige Tiefbohrungen nach Öl und Gas gut bekannt. Bohrtechnische Herausforderungen aus geologischen Unwägbarkeiten können daher im Molassebecken sehr gut eingegrenzt werden. Die Bohrungen werden so durchgeführt, dass mittels mehrerer teleskopartig ineinander verschachtelter und einbetonierter Stahlrohre die Bohrlöcher langfristig stabil gesichert werden. Das Einströmen von Wasser oder gegebenenfalls auch von Gas aus den unterschiedlichen durchbohrten Stockwerken wird durch diese Technik unterbunden. Beim Bohrvorgang kommen nur Stoffe zum Einsatz, bei denen eine Gefährdung des Trinkwassers ausgeschlossen werden kann. Regelmäßig werden Steine aus der Bohrung, das an die Oberfläche geförderte Wasser und die darin gelösten Gase in der Bohrphase auf ihre Zusammensetzung geprüft.

Am Bohrplatz gibt es zusätzlich bauliche Maßnahmen, die auch im Fall eines Unfalls (z.B. Tankleckage) eine Verunreinigung des Erdreichs verhindern. Dazu gehören eine Betonfläche mit einem entsprechenden Entwässerungskonzept, Zwischenspeichern, Kontrollschächten und Ölabscheider. Das Thermalwasser aus dem Malm selbst zeichnet sich durch seinen geringen Gehalt an gelösten Inhaltsstoffen aus. In manchen geologischen Schichten oder auch im Malmwasser können manchmal Spuren von Erdöl oder Gas enthalten sein. Aus diesem Grund wird das Tiefenwasser in einem geschlossenen System von der Förderung über den Wärmeentzug bis zur Rückführung geleitet. So können keine Gase und auch keine möglicherweise umweltgefährdenden Stoffe entweichen.

Erdwärme ist immer verfügbar. Im Gegensatz zu anderen nachhaltigen und CO₂-freien Energiequellen ist die Nutzung weder von Tageszeit noch von Wetter oder Klima abhängig.

Eine Geothermie-Anlage ist nicht besonders groß. Bei der MTU in München besteht bereits ein Heizkraftwerk auf dem Werksgelände, sodass in die Geothermie-Anlage lediglich in die bestehende Wärmeverteilung integriert werden muss. Der wesentliche Teil der Geothermie-Anlage befindet sich unsichtbar unter der Erde. Oberirdisch sind lediglich die Brunnenköpfe, zwei kompakte Rohrleitungen und das Wärmeverteilzentrum zu sehen.

Die für den Dauerbetrieb eingebaute Thermalwasser-Tiefenpumpe hängt im Bohrloch in einigen hundert Metern Tiefe und ist an der Oberfläche nicht zu hören. Die Netzpumpen, Wärmetauscher und die Stromversorgung sind in einem kleinen Gebäude untergebracht und stellen für die Umgebung ebenfalls keine Lärmquelle dar.

Lediglich während der Bau- und Bohr-Phasen kann es zeitweise zu einer vernehmbaren Geräuschentwicklung kommen, beispielsweise durch einzelne Komponenten der Bohranlage wie Pumpen oder Schüttelsiebe, sowie das Umladen von Rohren oder den Baustellenverkehr. Potenzielle Lärmquellen werden, wenn notwendig, gezielt eingehaust. Gegebenenfalls anfallende lautere Arbeiten oder LKW-Transporte werden möglichst tagsüber durchgeführt. Der Bohrprozess als solcher, also das Geräusch des Meißels beim Durchbohren des Gesteins, ist an der Erdoberfläche weder hör- oder noch spürbar. Die Geothermie-Anlage hält im Dauerbetrieb alle Anforderungen des gesetzlich geregelten Lärmschutzes ein.

Da keine Verbrennung stattfindet, werden bei der Nutzung von Erdwärme keine Abgase freigesetzt. Das Thermalwasser wird bei der MTU in einem geschlossenen Kreislauf zur Wärmeversorgung genutzt. Die im Wasser gelösten Gase oder andere Inhaltsstoffe verbleiben daher im Thermalwasserkreislauf. Die von der MTU durchgeführte hydrothermale Wärmegewinnung ist ein rein physikalischer Prozess.

Die Tiefengeothermie am MTU-Standort in München hat keinen Einfluss auf die Flora und Fauna, da der oberflächennahen Bereich durch die Anlage nicht betroffen ist. Eine Senkung der Gesteinstemperatur in tieferen Bereichen hat keinerlei Auswirkung auf das Mikroklima oder auf die Flora und Fauna an der Oberfläche. Diese wird von der Temperatur bis in eine Tiefe von rund 20 Metern bestimmt – dem Bereich, in dem sich Bodentiere oder Pflanzenwurzeln befinden. Die dortige Bodentemperatur resultiert aus der Sonneneinstrahlung und dem versickernden Niederschlagswasser sowie dem bewegten Grundwasser. Die Erdwärme im oberflächennahen Untergrund ist daher zum überwiegenden Teil gespeicherte Sonnenenergie und unterliegt jahreszeitlichen Temperaturschwankungen.

Nein. Durch die detaillierte Planung der Bohrung und erprobte Bohrtechnik wird eine gegenseitige Beeinflussung verhindert. Das oberflächennahe Grundwasser wird bereits im Rahmen des Bohrplatzbaus mit sogenannten Standrohren (bis in eine Tiefe von zirka 50 Metern hinabreichende Stahlrohre) gesichert. Aufgrund ihrer Festigkeit und Dichtigkeit stellen die Standrohre die Stabilität der Bohrung sicher und verhindern, dass Thermalwasser in oberflächennahes Grundwasser eindringen kann oder Grundwasser in den Bohrbereich gelangt.

Im Thermalwasser können auch giftige Inhaltsstoffe, wie zum Beispiel Schwefelwasserstoff oder Spuren von Öl, vorkommen. Da aber der Thermalwasserkreislauf in einem geschlossenen System geführt wird und das Wasser nach dem Entzug der Wärme wieder in die gleichen Tiefengrundwasserleiter eingeleitet wird, erfolgt keine Belastung der Oberfläche mit möglicherweise toxischen Stoffen. Die Zusammensetzung des Malm-Wassers im Großraum München ist zudem durch zahlreiche Geothermie-Bohrungen bekannt und in der Regel unkritisch. Einige Thermen nutzen dieses Wasser teilweise auch direkt für die Befüllung ihrer Bäder.

Die Wärmequelle selbst ist nach menschlichem Ermessen unerschöpflich. Die Nutzung der Geothermie ist daher lediglich durch die Lebenszeit der technischen Anlagen und Bauwerke limitiert. Da das Wasser im Kreislauf wieder in das Reservoir zurückgeführt wird, bleibt das hydrogeologische Gleichgewicht gewahrt. Der Wärmefluss aus dem Erdinneren kommt nicht zum Erliegen. Daher erwärmt sich auch der abgekühlte Bereich um die Injektionsbohrung wieder auf und kann sich regenerieren.

Das für die geothermische Nutzung der MTU herangezogene Thermalwasser wird aus einer Tiefe von etwa 2.200 Metern gefördert und das abgekühlte Wasser in vergleichbarer Tiefe in den gleichen geologischen Horizont mit einem ausreichenden Abstand wieder eingeleitet. Eine Entnahme von Inhaltsstoffen findet bei der Wärmenutzung durch die MTU nicht statt. Durch die Einleitung erfolgt im unmittelbaren Bereich um die Injektionsbohrung eine Abkühlung des Gesteins. Das abgekühlte Wasser wird beim weiteren Durchströmen des Gesteins wieder aufgeheizt.