04.08.2017 | Unter Städten schlummert ungenutztes Energiepotenzial

Thermale Wärmeinseln

Wärme staut sich in Städten, das ist in diesem Hitzesommern deutlich zu spüren. Auch unterirdisch sammelt sich dort die Wärme stärker als auf dem Land. ETH-Forscher zeigen, wie gross das Potenzial zur Energiegewinnung aus den unterirdischen Wärmeinseln ist.

In 20 Metern Tiefe unter der Stadt Zürich ist es einige Grad wärmer als ausserhalb der Stadt. Das Potenzial solcher unterirdischer Wärmeinseln in Städten zur Energiegewinnung sei bisher kaum genutzt worden, liesse sich aber relativ einfach anzapfen, berichten Forschende um Peter Bayer und Jaime Rivera von der ETH Zürich im Fachblatt "Renewable Energy".

Dank des "Inseleffekts" liege das Potenzial für die Nutzung von Erdwärme in Städten bis zu 40 Prozent höher als auf dem Land, so die Modellrechnungen der Forscher. Anzapfen liessen sich diese unterirdischen Wärmeinseln mit den gleichen Anlagen, die bereits heute zur Gewinnung von Erdwärme genutzt werden.

Ein Plus an Erdwärme

In städtischen Gebieten staut sich die Wärme oberirdisch und wird über Strassen, Keller oder Abwasserkanäle in den Untergrund transportiert. Daraus ergibt sich ein Plus an Wärme zusätzlich zum natürliche Wärmereservoir des Erdbodens. In der Stadt Zürich ist es in 20 Metern Tiefe im Schnitt einige wenige Grade wärmer als ausserhalb der Stadt. Dieser Überschuss bedeute, dass entweder höhere Energiemengen aus dem Boden gewonnen werden könnten, oder dass die Bohrlöcher für Erdsonden weniger tief sein müssten, schreibt die ETH.

„Jedes zusätzliche Grad Celsius an der Erdoberfläche auf Stadtgebiet bedeutet, dass das Bohrloch vier Meter weniger tief sein muss, um daraus die gleiche Energiemenge gewinnen zu können“, erklärt Rivera. Normalerweise wird für Erdwärmeanlagen rund 150 Meter tief in den Boden gebohrt und ein Wärmetauscher in dem Bohrloch installiert. Darin zirkuliert eine Flüssigkeit, die dem Boden Wärme entzieht und an die Oberfläche trägt.

Die Erkenntnisse aus den Modellrechnungen könnten helfen, Erdwärmesysteme in Gebieten mit erhöhten Bodentemperaturen zu planen, sagt Studienleiter Peter Bayer. Zur Bodenerwärmung in Städten tragen allerdings auch weitere Wärmequellen wie Tunnels, Abwasserkanäle und Fernwärmeheizungen bei, gibt der Forscher zu bedenken. „Weil aber alle diese Wärmequellen künstlich sind, zapfen wir strenggenommen keine natürliche erneuerbare Energiequelle an.“

Wärmepumpe: So geht es
Erdwärme

In zehn Metern Tiefe beträgt die Bodentemperatur etwa elf bis zwölf Grad. Die Erdwärme unterliegt ab etwa 20 Metern kaum noch saisonalen Temperaturschwankungen. Je tiefer man kommt, desto heisser wird es. Pro 100 Meter steigt die Temperatur um drei Grad an.

Erdwärmeanlagen sind in der Schweiz die gängigste Nutzungsart von Geothermie (hier geht's zu den Zahlen)

Dazu bohrt man meist rund 150 Meter in den Boden. In dieses Bohrloch wird ein Wärmetauscher – in der Regel zwei u-förmige Rohre, durch die ein Fluid zirkuliert – eingebracht. Das Fluid entzieht dem Boden Wärme und führt diese an die Oberfläche. Über eine Wärmepumpe wird die Wärme im Haus zur Heizung von Räumen oder zur Aufbereitung von Warmwasser genutzt. Solche Installationen führt auch die Axpo Tochter CKW durch. Hier gibt es dazu mehr Informationen.

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