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Wärme aus dem Bergwerk

Energie
Wärme aus dem Bergwerk

Gedenklore an Grube Anna.

(Bild: "Gedenklore" / Eschweiler / Wikipedia / PD)

Mit dem Ende des Kohlebergbaus muss die Nutzung der Gruben, Schächte und Stollen längst nicht enden. Sie lassen sich zu Geothermie-Kraftwerken umwidmen.

Beim Thema Energiewende denken die meisten Menschen vor allem an E-Autos oder Windräder. Dabei verbraucht allein die Wärmeerzeugung in Deutschland über die Hälfte der Endenergie. Auf der Grube Anna in Alsdorf bei Aachen nutzt man nun sogenanntes Grubenwasser, um Wärme zu gewinnen. Der dortige Schacht Eduard ist 890 Meter tief, und mit jedem Meter steigt die Temperatur des einsickernden Regen- und Grundwassers.

Leonhard Thien, Leiter Geothermie bei der EnergieAgentur Nordrhein-Westfalen, schätzt die Zahl der Schächte und Stollen allein im Ruhrgebiet und im Aachener Revier auf rund 60000. Damit ließen sich im Jahr 2035 jährlich 1300 Gigawattstunden gewinnen, schätzt das Landesamt für Umwelt Nordrhein-Westfalen in seiner "Potenzialstudie Warmes Grubenwasser" – genug für etwa 75000 Einfamilien-Haushalte.

Technology Review Juni 2019

TR 6/2019

Dieser Beitrag stammt aus Ausgabe 6/2019 der Technology Review. Das Heft ist ab 23.05.2019 im Handel sowie direkt im heise shop erhältlich. Highlights aus dem Heft:

Anders als bei klassischer Geothermie braucht man bei stillgelegten Bergwerken nicht komplett neu zu bohren. Die Infrastruktur ist schon da, auch wenn manche Schächte mit Betondeckeln verschlossen wurden. Zudem muss das Grubenwasser meist ohnehin abgepumpt werden, damit es nicht nach oben steigt und das Trinkwasser mit gelösten Salzen, Metallen oder Chlorverbindungen verunreinigt.

Umwidmung alter Anlagen

Tatsächlich ist die Idee nicht ganz neu. Weltweit gibt es bereits Anlagen, die Wärme aus Bergwerken, Straßentunneln oder U-Bahnschächten nutzen – entweder direkt, etwa zur Fischzucht, oder verbunden mit einer Wärmepumpe zum Heizen von Gebäuden. In Bochum beispielsweise werden auf diese Weise zwei Schulen und eine Feuerwehr beheizt.

Alsdorf hat das Potenzial nun noch einmal erweitert: Da hier aus geologischen Gründen kein Grubenwasser abgepumpt werden muss, lässt sich seine Wärme auch nicht bequem an der Oberfläche ernten. Stattdessen muss der Wärmetauscher selbst auf Tiefe gehen. "Alsdorf ist ein Leuchtturmprojekt", sagt Thien. Dort kommt erstmals eine sogenannte Doppel-U-Sonde zum Einsatz, die frei in der Wassersäule hängt.

In der Sonde zirkuliert ein geschlossener Wasserkreislauf, mächtige Pumpen sind also nicht nötig. Das Schlauchpaket besteht aus vier einzelnen, je 75 Millimeter dicken Polyethylen-Leitungen und wiegt leer rund fünf Tonnen. Es in den Schacht hinabzulassen war nicht ganz einfach: Da es sonst zu viel Auftrieb hätte, musste es erst befüllt werden.

Gleichbleibende Bedingungen

Voll mit Wasser wiegt das Schlauchpaket aber 15 Tonnen. Schweres Gerät war nötig, um es in den Bergbauschacht abzusenken. Die zweite Schwierigkeit war ein 153 Meter dicker Betondeckel. Mit ihm wurde der Schacht versiegelt, nachdem man das Bergwerk 1983 stillgelegt hatte. Ihn zu durchbohren verschlang einen Großteil der Gesamtkosten von etwa einer Million Euro. Andernorts will man künftig bestehende Luftschächte nutzen, um Kosten einzusparen.

Die Temperatur der Grubenwässer ist mit 20 bis 35 Grad vergleichsweise gering, aber dafür bleibt sie das ganze Jahr über gleich. Außerdem sind die Volumenströme interessant. Damit können Wärmepumpen effizienter arbeiten als etwa mit der Wärme aus der Luft oder dem Erdreich.

In Alsdorf kommt das Wasser mit 26 Grad bei der Wärmepumpe an, die es dann auf über 50 Grad hievt, um damit das Energiemuseum Energeticon samt Verwaltungstrakt zu beheizen. Die Wärmepumpe leiste laut Leonhard Thien 120 Kilowatt und komme auf eine sogenannte Jahresarbeitszahl von 4,5.

Ausbeute ist höher

Klassische Luft-Wärmepumpen erreichen etwa 3,2, haben also eine deutlich geringere Ausbeute. Insgesamt spart das neue System rund 70 Prozent der Heizkosten ein. Nur an besonders kalten Tagen muss eine Gastherme mithelfen.

Leonhard Thien glaubt fest daran, dass in Zukunft weitere Steinkohlebergwerke zur Wärmeerzeugung genutzt werden. Schließlich gibt es solche Gruben weltweit. Essen etwa untersucht die Nutzung von Grubenwärme für das neue Stadtviertel "Essen 51". Besonders interessiert an den Forschungsergebnissen seien außerdem die Niederländer.

Forscher denken noch einen Schritt weiter: Sie wollen den Untergrund zukünftig auch als Speicher nutzen. Im Sommer würde er Abwärme von Klimaanlagen aufnehmen und im Winter wieder abgeben. Auch dies ist übrigens gar nicht so neu: Deutschlands prominenteste Anlage dieser Art befindet sich mitten in Berlin, unter dem Reichstagsgebäude.


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