Tiefe Geothermie

Aus dem Inneren der Erde strömt ohne Unterlass Wärme zur Oberfläche. Diese Wärmeenergie wird Erdwärme oder Geothermie genannt. Nach menschlichen Maßstäben ist Erdwärme unerschöpflich, weil es sie noch in Millionen von Jahren geben wird. Geothermie ist somit eine regenerative Energie. Je tiefer man dabei in das Innere der Erde vordringt, desto wärmer wird es. Im Durchschnitt nimmt in Mitteleuropa die Temperatur um rund drei Grad Celsius pro 100 Meter Tiefe zu. So kann die Temperatur in 5.000 Meter Tiefe bei etwa 160 Grad Celsius liegen. In Deutschland wird die Geothermie hauptsächlich zum Heizen von Gebäuden und zur Warmwasserbereitung genutzt, seltener auch zur Stromerzeugung.

Bis in Tiefen von rund 400 Metern spricht man von oberflächennaher Geothermie. Sie ist – ebenso wie Tiefe Geothermie – ganzjährig und unabhängig vom Klima nahezu überall nutzbar, etwa mit Erdwärmesonden oder Erdwärmekollektoren. Oberflächennahe Erdwärme wird mit Wärmepumpen üblicherweise im Winter zur Beheizung, im Sommer zur Kühlung von Ein- und Zweifamilienhäusern und zur Warmwasserbereitung genutzt. Die Anlagen eignen sich aber auch zur Wärme- und Warmwasserversorgung größerer Gebäudekomplexe.
Bei Bohrungen tiefer als 400 Meter spricht man von Tiefer Geothermie. Aufgrund der hohen Temperaturen in dieser Tiefe kann die Erdwärme meist direkt zur Wärmeversorgung größerer Gebäudekomplexe, aber auch zur Substitution fossiler Energieträger in Fernwärmenetzen und in manchen Regionen sogar zur Stromerzeugung genutzt werden. Dazu muss jedoch ein Reservoir vorhanden sein, in dem ausreichend warmes Wasser zur Verfügung steht, das an der Erdoberfläche zur Wärme- oder Stromgewinnung genutzt werden kann. Reicht die Temperatur in einem Reservoir nicht zur direkten Nutzung aus, können Wärmepumpen das Temperaturniveau noch anheben. In Berlin bietet sich in erster Linie eine Nutzung in den Fern-und Nahwärmenetzen der Stadt an.

Seit den 1990er Jahren wurden in Berlin tausende Anlagen zur Nutzung von oberflächennaher Geothermie in Betrieb genommen. Diese versorgen vor allem Ein- oder Mehrfamilienhäuser, öffentliche Gebäude und Gewerbetreibende mit Wärme und Warmwasser.
Seit 1999 gibt es zudem am Reichstag einen sogenannten Aquifer-Wärmespeicher. Dort wird in den Sommermonaten überschüssige Wärme in eine wasserführende Gesteinsschicht geleitet und gespeichert. Dies geschieht über zwei etwa 300 Meter tiefe Bohrungen. Die im Sommer eingespeicherte Wärme wird in den Wintermonaten wieder zum Heizen genutzt.
Anlagen zur Gewinnung von Wärme aus der Tiefen Geothermie existieren in Berlin im Moment noch nicht. In den kommenden Jahren soll daher das Potenzial der Tiefen Geothermie in Berlin näher untersucht werden.

Berlin will bis spätestens 2045 klimaneutral sein. Das heißt, Berlins Energieerzeugung soll dann vollständig aus klimafreundlichen Quellen stammen. Geothermie als erneuerbare Ressource kann dabei eine wichtige Rolle spielen, denn fast die Hälfte des Berliner Energieverbrauchs entsteht durch Wärmeversorgung und Warmwassererzeugung der Haushalte. Welchen Anteil die Tiefe Geothermie an der künftigen Wärmeversorgung übernehmen kann, ist noch nicht klar. Das hängt davon ab, welches Potenzial im Berliner Untergrund steckt und ob es auch wirtschaftlich nutzbar ist.
Berlin ist eine von vielen Städten, die diese nachhaltige Ressource verstärkt nutzen wollen, um Klimaneutralität zu erreichen, um die Abhängigkeit von Rohstoffimporten zu verringern und um Versorgungssicherheit zu gewährleisten.

Die Kosten für alle geplanten Untersuchungen belaufen sich nach aktueller Berechnung auf etwa 115 Millionen Euro. Dabei entfallen rund 33 Millionen Euro auf die mit den seismischen Messungen verbundenen Arbeiten, wie Planung, Begleitung, Messung, Datenbearbeitung und Auswertung. Etwa 82 Millionen Euro sind für die zwölf Tiefbohrungen geplant – je nach Tiefe fallen bei jeder Bohrung unterschiedlich hohe Kosten an. Auch hier sind alle Arbeiten von der Planung bis zur Auswertung in den Kosten enthalten.

Mit Tiefer Geothermie werden Häuser üblicherweise nicht direkt versorgt, sondern die Energie wird in Fern- oder Nahwärmenetze eingespeist – an die dann Gebäude angeschlossen werden oder es bereits sind. Präzise Aussagen für einzelne Wohnlagen sind daher nicht möglich.

Berlin war in den vergangenen Jahrzehnten nie im Fokus von Unternehmen, die nach Rohstoffen wie Öl oder Gas suchen. Daher wurden auch nur wenige Erkundungen zum tiefen Untergrund durchgeführt – es ist also kaum etwas darüber bekannt.
Bei der Tiefen Geothermie kommt es aber darauf an, frühzeitig abschätzen zu können, an welchen Orten in Berlin eine teure und aufwändige Bohrung überhaupt erfolgreich zu werden verspricht. Für eine optimale Anordnung der Bohrungen zueinander und eine nachhaltige Bewirtschaftung des Untergrunds sind daher hochaufgelöste Modelle des geologischen Untergrunds erforderlich. Sogenannte 3D-seismische Messungen liefern die dazu benötigten dreidimensionalen Abbildungen.

Seismische Messungen funktionieren ähnlich wie eine Ultraschalluntersuchung in der Medizin: Schallwellen werden in den Boden ausgesandt und an den unterschiedlichen Gesteinsschichten reflektiert. Diese Schallwellen werden kontrolliert erzeugt, indem schwere Lastfahrzeuge, sogenannte Vibro-Trucks, sie an vielen verschiedenen Orten mittels Rüttelplatten in den Untergrund senden. Das Erzeugen der Schallwellen dauert dabei an jedem Ort nur wenige Minuten, dann fährt der Vibro-Truck bereits zum nächsten Messpunkt, etwa 15 bis 20 Meter weiter. Spezialmikrofone („Geophone“) zeichnen die reflektierten Signale auf. Werden diese Messungen flächendeckend entlang vieler Linien unternommen, lässt sich aus den ausgewerteten Daten ein dreidimensionales Bild des Untergrundes berechnen, das den Verlauf und die Tiefenlage der Gesteinsschichten, aber auch etwa natürlich vorkommende Bruchstrukturen in den Gesteinen zeigt.

Geplant ist, die Vorbereitungen bis Ende 2024 abzuschließen und anschließend mit den Messungen zu beginnen. Ziel ist es, rund zwei Drittel der gesamten Stadtfläche, also rund 600 Quadratkilometer, zu erkunden. Daher werden die Messungen insgesamt einige Monate lang andauern, an mehreren, benachbarten Orten zugleich stattfinden und sich langsam durch die Stadt bewegen. Zu den Vorbereitungen gehört eine einzelne Vormessung entlang einer Stadtstraße, die im Herbst 2024 stattfinden soll – wo genau, wird derzeit geprüft. Dieser Probelauf dient unter anderem dazu, die Technik der stadtweiten Messungen an großstadtübliche Störgeräusche durch den Straßenverkehr optimal anzupassen.

Die durch Rüttelplatten erzeugten Vibrationen sind nur in unmittelbarer Nähe der Spezialfahrzeuge („Vibro-Trucks“) deutlich zu spüren – ähnlich einem Kribbeln unter den Fußsohlen. Bereits wenige Meter von den Fahrzeugen entfernt sind sie kaum noch spürbar. In seltenen Fällen können die Vibrationen auch in den Gebäuden, die direkt an der Messstrecke stehen, noch schwach wahrnehmbar sein. Eine Gefahr für Mensch, Tier oder Gebäude besteht ausdrücklich nicht. Nur die Fahrzeuge selbst, obwohl schallisoliert, sind durch ihre Motoren vergleichsweise laut – vergleichbar einer (mobilen) Baustelle, auf der schweres Gerät eingesetzt wird. Daher kann es an manchen Stellen mit dichter Wohnbebauung zu Lärmbelästigungen von vielleicht ein bis zwei Stunden Dauer kommen – so als zöge eine Wanderbaustelle am eigenen Haus vorbei. Wir möchten dafür bereits jetzt um Verständnis bitten.

• Weitere Informationen dazu.

Wegen der zunehmenden Bedeutung Tiefer Geothermie wurden in den vergangenen Jahren auch in etlichen Städten seismische Messungen durchgeführt, so in Mannheim (2022/2023), Basel (2021), Genf (2021), Hamburg (2010), München (2014 und 2019), Schwerin (2016), Potsdam (2020) und anderen.

Das ist extrem unwahrscheinlich, weil die gesetzlichen Schutzvorkehrungen für Erschütterungen, insbesondere die Sicherheitsabstände zu Gebäuden, sämtlich eingehalten oder sogar übererfüllt werden. Begleitende Messungen der Bodenschwingungen stellen sicher, dass die vorgegebenen Grenzwerte der einschlägigen Norm DIN 4150-3 (für Erschütterungen im Bauwesen und ihr Einwirken auf bauliche Anlagen) nicht überschritten werden. Sehr häufig wird dabei der niedrigste Grenzwert angesetzt, der im Regelfall für denkmalgeschützte Häuser gilt. In seltenen Fällen kann es auch vorab Begehungen geben, bei denen bereits bestehende Gebäudeschäden dokumentiert werden. Dieses Vorgehen hat sich bei vielen Messungen in anderen Städten, etwa in München, bewährt. In Berlin werden wir genauso vorgehen.

Abgesehen von kurzzeitigem Lärmaufkommen – siehe oben: vergleichbar einer Wanderbaustelle – sind gesundheitliche Beeinträchtigungen für den Menschen ausgeschlossen. Die Methode seismischer Messungen wurde eigens für den Zweck entwickelt, ohne größere Eingriffe von der Erdoberfläche aus relevante Erkenntnisse über die Strukturen des Untergrunds zu gewinnen.

Für Haustiere sind durch die kurzzeitigen Rüttelsignale keine Belastungen zu erwarten, die über die einer normalen Baustelle hinausgehen. Bei Wildtieren gilt es insbesondere den Schutz von Fledermäusen und Amphibien zu beachten, die zum Teil extrem empfindlich für Schallwellen sind und sich nicht so leicht von der Schallquelle entfernen können. Daher wird auf den geplanten Messstrecken geprüft, ob Fledermauspopulationen oder andere Tiere betroffen sein könnten und wie sie durch geeignete Maßnahmen zu schützen sind. Um das zu garantieren, wird eng mit den Berliner Naturschutzbehörden zusammengearbeitet.

Die ersten drei Tiefbohrungen sollen im Jahr 2025 stattfinden. Nach jetzigem Planungsstand sind dies Bohrstandorte am ehemaligen Flughafen Tegel, in Berlin Buch und am Fernheizwerk Neukölln. Zeitgleich wird die 3D-seismische Vermessung der Stadt zu Ende geführt und ausgewertet.
Stößt man bei den ersten Bohrungen bereits auf nutzbares Warmwasser, kann der Ausbau zu einem Heizwerk gleich im Anschluss erfolgen. Dies würden private oder kommunale Betreiber übernehmen – die Refinanzierung der öffentlichen Investitionskosten würde dann über Verträge geregelt.
In den kommenden Jahren, voraussichtlich bis 2028, sind weitere neun Probebohrungen geplant. Auch sie dienen der genaueren Erkundung des Untergrunds und der Komplettierung der 3D-seismischen Messungen. Die Bohrungen werden durchschnittlich etwa 1.500 Meter tief sein, es ist aber auch mindestens eine Bohrung bis zu einer Tiefe von 4.000 Metern geplant.

Alle Arbeiten, die in Zusammenhang mit der Erkundung der Tiefen Geothermie stehen, unterliegen dem Bundesberggesetz. Der Bau von Bohrplätzen und die Bohrarbeiten selbst müssen beim zuständigen Bergamt beantragt werden (für Berlin und Brandenburg ist das Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe in Cottbus zuständig). Dabei sind alle geplanten Arbeiten offenzulegen und genau zu beschreiben. Unter anderem ist nachzuweisen, dass alle Vorgaben zum Umwelt-, Arbeits- und Wasserschutz genau eingehalten werden. Erst nach diesem aufwändigen Prüfverfahren und der Genehmigung durch das Bergamt darf eine Tiefbohrung durchgeführt werden.

Der Schutz des oberflächennahen Grundwassers wird bei Tiefer Geothermie technisch sichergestellt: Tiefbohrungen bestehen aus mehreren ineinander geschobenen Rohren – wie ein Teleskop, bei dem alle Zwischenräume aber noch zusätzlich zementiert sind. Dadurch ist eine sichere Abdichtung zu grundwasserführenden Schichten gewährleistet. Die einzementierten Rohre sorgen auch dafür, dass verschiedene Grundwasserleiter nicht verbunden werden. So gelangt kein salzhaltiges Wasser aus tieferen Schichten in oberflächennahe Grundwasserleiter, die zur Trinkwassergewinnung genutzt werden.
Wärme aus der Tiefe beeinflusst die Umgebung jenseits des Nahbereichs um die Bohrung nicht. Die Auswirkungen der Tiefbohrung auf das Grundwasser sind damit vergleichbar (oder sogar geringer) als bei anderen etablierten Technologien, etwa bei Abwasserkanälen, Tunnelbauwerken oder Hochspannungskabeln.
Jahrzehntelange Erfahrung ermöglicht es, bereits bei Planung und Genehmigung einer Tiefbohrung sicherzustellen, dass es zu keiner nachteiligen Veränderung der Wasserbeschaffenheit oberflächennaher Grundwasserleiter kommen kann. Um jegliches Risiko für die Trinkwasserversorgung auszuschließen, sind in Berlin geothermische Nutzungen in Wasserschutzgebieten grundsätzlich nicht erlaubt. Auch werden während und nach der Bohrung wichtige Parameter ständig überwacht, um Unregelmäßigkeiten sofort zu erkennen und deren Ursachen beheben zu können.

Während der Bohrarbeiten sind die Änderungen im Untergrund zu gering, als dass es dadurch zu Erdbeben kommen kann. Durch Bohrarbeiten ausgelöste Erdbeben sind bisher nicht bekannt.

Die während der Bohrarbeiten auftretenden Erschütterungen im Untergrund sind an der Erdoberfläche nicht wahrnehmbar. In der Vergangenheit wurden Erschütterungsmessungen an mehreren Bohrstandorten durchgeführt, um mögliche Auswirkungen auf umliegende Gebäude zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass die gemessenen Erschütterungen durchgehend und deutlich unterhalb der in der Baunorm DIN 4150-3 vorgegebenen Grenzwerte lagen, die auch für herkömmliche Bauarbeiten gelten.

Die Lärmemissionen vor und während der Bohrung entsprechen denen einer üblichen Baustelle etwa beim Bau von Gebäuden. Allerdings ist eine Bohranlage täglich 24 Stunden im Betrieb. Zur Minimierung von Geräusch- und auch von Lichtemissionen werden daher häufig hohe Schallschutzwände eingesetzt, laute Maschinen werden gedämmt und Scheinwerfer für den Außenbereich möglichst störungsarm ausgerichtet. Während des Bohrplatzbaus und des Abbaus kann es zu einem erhöhten Verkehrsaufkommen rund um den Standort kommen. Auch damit ist auch eine erhöhte Lärmbelastung der Anwohner verbunden – diese Arbeiten finden jedoch vorwiegend tagsüber statt.

Da im Berliner Untergrund keine größeren Hohlräume vorhanden sind, ist das nicht zu erwarten. Tiefe Geothermie ist grundsätzlich eine Kombination aus zwei Bohrungen: Über die eine wird heißes Wasser nach oben gefördert, über die andere wird abgekühltes Wasser wieder in dieselbe Erdschicht eingeleitet. Das bedeutet: Die Volumenänderungen im tiefen Untergrund sind so gering, dass es zu keinen Absackungen und damit auch zu keinen Schäden an der Oberfläche kommen kann.

Nein, das kann in Berlin nicht passieren. In Staufen war es keine Tiefe Geothermie, sondern es ging um oberflächennahe Bohrungen – die in diesem Fall in der Tat nicht hinreichend vorbereitet und zudem mangelhaft ausgeführt worden sind. Das Problem in Staufen bestand und besteht darin, dass Wasser aus schlecht abgedichteten Bohrungen in eine oberflächennahe Schicht des sogenannten Gipskeupers eindringen konnte. Diese Schicht enthält das Mineral Anhydrit, das in Verbindung mit Wasser aufquillt. Dadurch hat sich an der Oberfläche der Boden gehoben, so dass Risse in Häusern entstanden sind.
In Berlin gibt es solche Anhydrit-Schichten nicht, das ist bereits bekannt: Eine Hebung des Untergrundes ist damit auch bei oberflächennaher Geothermie ausgeschlossen. Zudem werden die Berliner Tiefbohrungen sehr sorgfältig vorbereitet und alle durchzuführenden Schritte sind mit der zuständigen Bergbehörde abgestimmt. Auf Tiefe Geothermie spezialisierte Unternehmen nutzen modernste Technik, die höchste Sicherheit gewährleistet, insbesondere für den Schutz des Grundwassers. Das gesamte Procedere unterliegt einem aufwändigen Genehmigungsverfahren, einer bergrechtlichen Überwachung und Auflagen, die sicherstellen, dass zu jedem Zeitpunkt Mensch und Umwelt geschützt sind.

In Deutschland sind mehr als 40 Anlagen für Tiefe Geothermie bereits in Betrieb. Davon stehen die meisten in Bayern – etwa 30 solcher Anlagen erzeugen dort Wärme und teilweise auch Strom. Sie haben eine Lebensdauer von mindestens 50 Jahren. Die älteste deutsche Anlage in Waren an der Müritz (Mecklenburg-Vorpommern) ging im Jahr 1984 in Betrieb. In Lardarello in Italien, in der Toskana, befindet sich eine der weltweit ältesten Geothermie-Anlagen: Sie wird schon seit rund 100 Jahren betrieben.

Der Platzbedarf einer üblichen Anlage für Tiefe Geothermie ist überschaubar. Zum Vergleich: Er umfasst weniger als die Fläche eines 16-Meter-Raums im Fußballfeld. Hinzu kommt eine freizuhaltende Außenfläche, um die Anlage bei Bedarf umbauen zu können – noch einmal etwa so groß wie ein halbes Fußballfeld. Diese Freifläche lässt sich dauerhaft etwa als Park, Grünanlage oder Sportplatz nutzen. Die Geothermie-Anlage selbst läuft im Dauerbetrieb weitestgehend frei von Emissionen. Lärmbelastungen können allenfalls entstehen, falls die Installation einer zusätzlichen (Groß-)Wärmepumpe notwendig ist. Sie können durch geeignete Lärmschutz- und Baumaßnahmen so minimiert werden, dass Anwohner nichts vom Betrieb der Anlage mitbekommen.