Geothermie ist die Nutzung der in der Erde gespeicherten Wärmeenergie. Diese Wärme kann durch geothermische Anlagen an die Oberfläche gebracht und zum Heizen genutzt werden. Hierzu werden Erdwärmesonden oder Erdwärmekollektoren in den Boden eingebracht, um die Erdwärme aufzunehmen. Diese Wärme wird über eine Wärmepumpe auf ein nutzbares Temperaturniveau gebracht und dann zum Beheizen von Gebäuden oder zur Warmwasserbereitung verwendet. Geothermie ist eine nachhaltige und umweltfreundliche Heiztechnik, da sie die ständig vorhandene Wärmeenergie der Erde nutzt.

Funktionsweise der Geothermie-Heizung

Bis zu 7.000 °C – Eine unvorstellbare Hitze. So heiß ist es im Kern unseres Planeten. Je weiter man an die Oberfläche kommt, desto mehr nimmt die Wärme ab. Ein geringer Teil gelangt bis knapp unter die Erdoberfläche. Von dieser Tatsache profitieren Heizmöglichkeiten die auf Geothermie setzen. Als Faustregel gilt: Pro 100 Meter, die man sich der Erdmitte nähert, nimmt die Erdwärme um ungefähr 3 °C zu. Das bedeutet im Umkehrschluss: Je tiefer ich in die Erde vordringe, umso mehr Wärmeenergie steht zur Verfügung.

Und damit sind wir auch schon bei einem zentralen Bestandteil des Heizens mit Geothermie – Der Bohrung. Hier lassen sich grundsätzlich zwei Arten von Erdbohrungen unterscheiden, die im folgenden Abschnitt näher erläutert werden sollen.

Oberflächennahe und tiefe Bohrung

Die oberflächennahe Bohrung ist die gängige Bohrungsart zur Verwendung von Geothermie und wird bei Erdwärmeheizungen für Gebäude verwendet. Als oberflächennah bezeichnet man Bohrungen bis zu 400 Metern Tiefe. Um die Wärme aus dem Boden zu gewinnen, werden je nach Geothermieanlage unterschiedliche Methoden wie Erdwärmesonden, Grundwasserbrunnen oder Erdwärmesonden eingesetzt. Dabei kann die im Erdboden vorhandene Energie nicht nur zur Wärmeerzeugung für Heizungen und Warmwasser, sondern ebenfalls zur Kühlung verwendet werden.

Und so funktioniert es: Eine wärmetragende Flüssigkeit wird durch ein Rohrsystem in die Erde gegeben und durch eine Pumpe wieder an die Oberfläche befördert zm Herzstück des Heizsystems  – der Wärmepumpe. Die Wärmepumpe dient in erster Linie dazu, die vergleichsweise geringe Energie der geförderten Erdwärme zu steigern. So beträgt die Bodenwärme in Deutschland im Durchschnitt etwa 7 °C und ist für Heizwärme damit deutlich zu gering.

Eine höhere Temperatur lässt sich erzielen, je tiefer man bohrt. Als tiefe Geothermie bezeichnet man Bohrungen die über 400 Meter Tiefe hinausgehen und bis zu 2000 Meter in die Erde gehen können. Tiefenbohrungen sind weitaus seltener anzutreffen und werden bei besonderen geologischen Verhältnissen eingesetzt. Neben der herkömmlichen Tiefenbohrung bietet das Hot Dry Rock Verfahren eine weitere Methode, Erdwärme aus sehr tiefen Schichten zu gewinnen. Bei diesem Verfahren wird Wasser mit hohem Druck durch Erdspalten möglichst tief in die Erde gepresst, wo es sich dann erhitzt und wieder an die Oberfläche gefördert wird.

Gewinnung von Erdwärme: Sonden, Kollektoren und Co.

Es gibt verschiedene Methoden zur Gewinnung von Erdwärme, die jeweils unterschiedliche Techniken und Anwendungen beinhalten. Jede dieser Methoden hat spezifische Vor- und Nachteile und ist für unterschiedliche Anwendungen und Standortbedingungen geeignet. Die Wahl der geeigneten Technik hängt von Faktoren wie verfügbarem Platz, Bodenbeschaffenheit, benötigter Heizleistung und Budget ab.

Erdwärmesonden

Hier lassen sich tiefe Erdsonden und Flachsonden unterscheiden. Erdsonden werden vertikal in den Boden gebohrt und können Tiefen von bis zu mehreren hundert Metern erreichen. Sie nutzen die konstante Temperatur in größeren Tiefen, um Wärme zu gewinnen.

Flachsonden werden in geringeren Tiefen (ca. 50-100 Meter) installiert. Sie sind kostengünstiger als tiefe Erdsonden, aber oft weniger effizient.

Erdwärmekollektoren

Hier ist zwischen horizontalen Kollektoren und Grabenkollektoren zu unterscheiden.

Horizontale  Flachkollektoren bestehen aus Rohren, die horizontal in einer Tiefe von etwa 1,5 bis 2 Metern im Erdreich verlegt werden. Sie benötigen eine große Fläche und sind daher für größere Grundstücke geeignet.

Grabenkollektoren werden in schmalen, tiefen Gräben verlegt und benötigen weniger Platz als horizontale Kollektoren. Sie sind effizient und kostengünstig.

Energiepfähle und Erdwärmeanker

Energiepfähle kombinieren die Tragfunktion von Fundamentpfählen mit der Wärmegewinnung. Sie werden in den Baugrund eingebracht und können sowohl zur Gebäudestabilisierung als auch zur Erdwärmenutzung dienen.

Erdwärmeanker sind ähnlich wie Energiepfähle, werden aber zusätzlich zur Verankerung von Bauwerken genutzt. Sie bieten eine doppelte Funktionalität.

Große Erdwärmesondenfelder

Für größere Anwendungen, wie z.B. bei Wohnanlagen oder Industriegebäuden, können mehrere Erdsonden in einem definierten Feld installiert werden, um die benötigte Wärmeleistung zu erreichen.

Erdwärmekörbe

Diese bestehen aus spiralförmigen Rohren, die vertikal oder horizontal in Gruben eingebracht werden. Erdwärmekörbe benötigen weniger Fläche als horizontale Kollektoren und sind einfacher zu installieren als tiefe Erdsonden.

Direktverdampfungssysteme

Bei dieser Methode zirkuliert das Kältemittel direkt durch die im Boden verlegten Rohre, ohne einen Wärmetauscher. Dies ermöglicht eine höhere Effizienz, ist aber auch technisch anspruchsvoller.

Erdwärmezäune

Erdwärmezäune bestehen aus vertikal verlegten Rohren in einer Reihe, ähnlich einem Zaun. Sie sind platzsparend und eignen sich gut für kleinere Grundstücke oder städtische Gebiete.

Geothermie im Trend: Die Vorteile

Heute gibt es etwa eine Viertelmillion Heizsysteme in Deutschland, die auf der Verwendung von Geothermie basieren. Die Tendenz steigt und das hat seine Gründe: Geothermische Anlagen nutzen eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle und sind somit eine tolle Alternative zu fossilen Brennstoffen.

Ein weiterer großer Vorteil: Die Unabhängigkeit. Während die Öl- und Gaspreise von vielen verschiedenen Faktoren abhängen, besteht bei dem verwenden einer Geothermieanlage eine weitreichende Autarkie. Ihre Energiequelle befindet sich direkt unter Ihnen und ist immer verfügbar. Auch gegenüber anderen regenerativen Brennstoffen hat eine Erdwärmeheizung einige entscheidende Vorteile.

Bei Solarthermie ist der Nutzer abhängig vom Sonnenstand bzw. der Tageszeit, bei Pellets von der Lieferung. Eine Geothermieheizung hingegen ist jederzeit einsatzbereit, da Erdwärme unabhängig von äußeren Einflussfaktoren immer verfügbar ist. Hinzu kommen die niedrigen Betriebskosten. Wärme aus dem Boden ist nahezu kostenlos, sodass für einen durchschnittlichen Haushalt mit Betriebskosten von 570 Euro zu rechnen sind.

Vor- und Nachteile im Überblick

Vorteile

• Energieeffizienz: Erdwärmepumpen bieten eine hohe Heizleistung bei geringem Energieverbrauch. Sie nutzen die konstante Temperatur des Erdreichs, um Wärme effizient zu übertragen.
  Umweltfreundlichkeit: Geothermie verursacht keine direkten CO2-Emissionen und reduziert den Einsatz fossiler Brennstoffe. Dies trägt erheblich zur Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks bei.
• Konstante Energiequelle: Erdwärme ist unabhängig von Wetterbedingungen und bietet das ganze Jahr über eine zuverlässige Wärmequelle. Dies garantiert eine stabile und kontinuierliche Energieversorgung.
• Langlebigkeit: Die unterirdischen Komponenten einer Erdwärmeanlage haben eine lange Lebensdauer, oft mehrere Jahrzehnte. Zudem sind sie wartungsarm, was die Betriebskosten niedrig hält.
• Kombinierte Kühl- und Heizfunktion: Viele Erdwärmepumpen können im Winter heizen und im Sommer kühlen. Dies erhöht die Vielseitigkeit und den Nutzen der Anlage über das ganze Jahr hinweg.
• Platzsparend: Erdwärmepumpen benötigen keinen Platz für Brennstofflagerung und keine Abgasführung. Dies ist besonders vorteilhaft für Gebäude mit begrenztem Raumangebot.

Nachteile

• Hohe Anfangsinvestitionen: Die Installationskosten für Erdwärmeanlagen sind hoch, insbesondere für das Bohren und Verlegen der Erdwärmesonden. Dies kann eine erhebliche Anfangsinvestition erfordern.
• Genehmigungen und Vorschriften: Die Installation von Erdwärmesonden erfordert oft behördliche Genehmigungen und kann durch lokale Vorschriften eingeschränkt sein. Dies kann den Planungs- und Installationsprozess komplizierter machen.
• Bodenbeschaffenheit und Standortabhängigkeit: Die Effizienz einer Erdwärmeanlage hängt stark von der Bodenbeschaffenheit und den geologischen Bedingungen ab. In einigen Regionen kann die Bodenqualität die Installation und Effizienz der Anlage beeinträchtigen.
• Platzbedarf für horizontale Kollektoren: Horizontale Erdwärmekollektoren benötigen eine große Fläche, was die Nutzung dieser Technologie in dicht bebauten oder kleinen Grundstücken einschränken kann.
• Energieverbrauch der Wärmepumpe: Obwohl Erdwärmepumpen effizient sind, benötigen sie dennoch Strom zum Betrieb. Der Stromverbrauch kann insbesondere bei sehr niedrigen Außentemperaturen ansteigen.
• Komplexität der Installation: Die Installation von Erdwärmesystemen ist technisch anspruchsvoll und erfordert spezialisierte Fachkräfte. Fehler bei der Installation können die Effizienz und Lebensdauer der Anlage beeinträchtigen.

Kosten

Den hier genannten Vorteile gegenüber stehen die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten: Wer mit Geothermie heizen möchte, der muss bereit sein, zunächst tief in die Tasche zu greifen. Bei einer 9 kW Wärmepumpenheizung müssen mit rund 20.000 Euro Anschaffungskosten gerechnet werden. Außerdem kann es zu Komplikationen bei den Bohrungen kommen, wodurch der Preis unvorhergesehen steigen kann.

Kosten für die Bohrung

Für die Kosten der Bohrung gilt folgende Faustregel: 500 Euro pro 100 Meter Tiefe. Für einen durchschnittlichen Haushalt errechnen sich daraus insgesamt folgende Kosten:

• 20.000 Euro für die Heizungsanlage selbst
• 500 Euro pro 100 Meter Bohrung
• 570 Euro Betriebskosten jährlich

Insgesamt lässt sich sagen, dass die anfangs hohen Investitionskosten durch die vergleichsweise geringen Betriebskosten gedeckt werden, weshalb sich das Heizen mit Geothermie vor allem für Haushalte mit hohem Heizbedarf schnell rechnet.

Förderung in 2024

Mit dem neuen Heizungsgesetz winken attraktive staatliche Zuschüsse für Geothermie-Wärmepumpen. Für den Austausch von Heizungen und andere energetische Maßnahmen gibt es eine Grundförderung von 30% der förderfähigen Kosten. Zuständig für die Antragstellung und Auszahlung ist das BAFA. Ein zusätzlicher Bonus von 30% wird gewährt, wenn das zu versteuernde Haushaltseinkommen unter 40.000 Euro liegt. Ein weiterer Bonus von bis zu 25% wird gewährt, wenn die Maßnahmen schnell umgesetzt werden. Dieser Bonus soll bis Ende 2025 verfügbar sein und danach gestaffelt reduziert werden.

Insgesamt können sich die Förderungen auf bis zu 70% der förderfähigen Kosten summieren, wenn verschiedene Boni kumuliert werden​.