Helium-Isotope zeigen, wo sich Erdwärme-Kraftwerke lohnen

Heliumisotope im Wasser von Quellen und Brunnen können die Suche nach geeigneten Standorten für Geothermie-Kraftwerke erleichtern.

Entnahme einer Wasserprobe
Entnahme einer Wasserprobe

Berkeley (USA) - In wenigen Kilometern Tiefe schlummert eine kaum genutzte, aber enorme Energiequelle. Mit Erdwärme ließe sich allein in Deutschland weit mehr Strom erzeugen als heute gebraucht wird. Doch bevor eine teure Bohrung für ein Geothermie-Kraftwerk abgeteuft wird, müssen Geologen wissen, wo heiße Schichten möglichst nah an die Erdoberfläche heranreichen. Eine neue Methode für die Suche nach geeigneten Standorten präsentieren nun Wissenschaftler von der University of California in Berkeley im Fachblatt "Science".

"Eine gute geothermische Energiequelle muss drei Anforderungen erfüllen", sagt Geochemiker B. Mack Kennedy: Eine schneller Temperaturanstieg mit der Tiefe, ein Wasserreservoir und durchlässige Schichten, damit die Flüssigkeit durch die heißen Gesteine zirkulieren kann. Laut ihrem Bericht in der Zeitschrift "Science" deutet das Verhältnis von den beiden Heliumisotopen 3-He und 4-He auf die Durchlässigkeit der Erdkruste bis zum heißen Erdmantel hin. Dazu sammelten sie Wasserproben aus Quellen in der Region rund um das Dixie Valley in Nevada. Diese Gebirgslandschaft weist eine außergewöhnlich dünne Erdkruste auf und verspricht schon in geringen Tiefen relativ hohe Gesteintemperaturen oberhalb von 200 Grad Celsius.

Die leichten Helium-3-Isotope finden sich in höherer Konzentration im tiefen Erdmantel, wo sie vor Urzeiten bei der Bildung der Erde eingeschlossen wurden. Helium-4 dagegen hat seinen Ursprung in radioaktiven Zerfallsprozessen in der kühleren Erdkruste. Wasserproben mit einem relativ hohen Helium-3-Anteil deuten daher auf eine durchlässigere, geologische Verbindung mit dem einige Tausend Grad heißen Erdmantel hin. Hier ist es demnach wahrscheinlicher, dass selbst oberflächennahe Gesteinsschichten stärker aufgeheizt werden.

Die ersten Messungen belegen, dass sich Geothermie nicht nur in vulkanisch aktiven Regionen lohnen, in denen flüssige Gesteinmassen bis zur Oberfläche vordringen. So könne sich die Nutzung dieser nahezu unerschöpflichen Energiequelle auch in vulkanisch inaktiven Landstrichen wie beispielsweise in Deutschland lohnen. Eine vier Jahre alte Studie des Büros für Technikfolgenabschätzung (TAB) des Deutschen Bundestages bestätigt dies. So steigt täglich aus dem Erdinneren ein Wärmestrom auf, der dem 2,5 fachen des weltweiten Energiebedarfs entspricht. In Deutschland reichen die bis in sieben Kilometer Tiefe vorhandenen Potenziale aus, mehr als das 600fache des deutschen Jahresstrombedarfs zu decken -- bei einer Nutzung der Abwärme noch einmal das 350fache des jährlichen Wärmebedarfs. Damit diese Energiequelle in großem Maßstab wirtschaftlich angezapft werden kann, werden derzeit verschiedene Verfahren zur Einspeisung von Wasser in Bohrungen und die Umwandlung des entstehenden Wasserdampfs in Turbinen zu Strom getestet.