Fact Sheets

Kernbotschaften

• Der Wärmesektor macht mehr als die Hälfte unseres nationalen Endenergiebedarfs aus (ca. 57 Prozent). 2022 wurden nur 16,2 Prozent der Wärme regenerativ bereitgestellt.
• Um die Wärmeversorgung bis 2045 klimaneutral zu gestalten, ist – zusätzlich zu Effizienzmaßnahmen– ein Ausbau regenerativer Quellen dringend erforderlich. Das stellt auch die Bundesregierung in ihrem „Eckpunktepapier für eine Erdwärmekampagne“ (2022) fest.
• Die Wärmewende kann mit Geothermie gelingen: Geothermie, die Nutzung von Erdwärme, ist regenerativ, CO₂-arm und grundlastfähig, also nicht von der Witterung abhängig und immer (24 /7) verfügbar. Als heimische Ressource reduziert sie die Abhängigkeit von Energieimporten.
• Oberflächennahe und hydrothermale Technologien sind marktverfügbar und können großskalig in den meisten Gegenden Deutschlands eingesetzt werden.
• Mit der Tiefen Hydrothermalen Geothermie lassen sich perspektivisch 25 Prozent des deutschen Gesamtwärmebedarfs decken. Damit stiege der Anteil erneuerbarer Wärme auf ca. 42 Prozent.
• Weitere Potenziale für Geothermie in Deutschland liegen im kristallinen Untergrund (petrothermale Systeme). Für deren zukünftige Erschließung liefert die Geoforschung relevante Beiträge.
• Geothermie ist ein Querschnittsthema aus Geowissenschaften, Bergbau, Energie- und Verfahrenstechnik. In diesen Bereichen gibt es weiter Forschungsbedarf – zur Optimierung und Effizienzsteigerung sowie zur Weiterentwicklung der Technologie und Verbesserung der Untergrundkenntnis.
• Wie jede Technologie ist auch Geothermie nicht frei von Risiken. Mögliche Risiken sind induzierte Seismizität, z.B. Mikrobeben, und Verunreinigung des Grundwassers. Bei Einhalten der Sicherheitsstandards und mit gängigen Überwachungsmethoden sind diese Risiken sehr gut beherrschbar.
• Um möglichen Vorbehalten und Ängsten in der Bevölkerung zu begegnen, ist eine projektbegleitende offene Kommunikation wichtig.
• Geothermie ist heimische Wertschöpfung. Für den Ausbau sind massive Investitionen notwendig und es braucht förderliche Rahmenbedingungen durch Politik und Verwaltung. Für eine Marktentwicklung werden eine leistungsfähige Industrie und qualifizierte Fachkräfte benötigt.

Was ist Geothermie?
Geothermie bezeichnet die Wärme im Inneren der festen Erde. Mit geothermischen Technologien wird die Erdwärme zur Bereitstellung und Speicherung von Energie genutzt – sowohl von Wärme als von Kälte. Bei hohen Untergrundtemperaturen kann aus Erdwärme auch Strom gewonnen werden.

Welche Technologien gibt es?
Der Begriff Geothermie umfasst auch eine ganze Technologiefamilie. Es gibt offene und geschlossene, also in Rohren geführte Systeme, die oberflächennah (bis 400 Meter), mitteltief (400 bis 2000 Meter) und tief ( > 2000 Meter) zum Einsatz kommen. Je tiefer, desto höher die nutzbaren Temperaturen. Bei hydrothermalen Systemen wird natürlich vorhandenes heißes Wasser genutzt. Bei petrothermalen Systemen wird durch die Tiefen gepumptes Wasser vom umgebenden Gestein erhitzt.

Was ist die Roadmap “Tiefe Geothermie für Deutschland”?
In der „Roadmap Tiefe Geothermie für Deutschland“ (2022) haben das GFZ und die Fraunhofer-Gesellschaft mit Partnern aufgezeigt, welche Potenziale, vielseitigen Nutzungstechnologien sowie Forschungs- und Entwicklungsbedarfe es gibt. Und sie geben Handlungsempfehlungen zum Ausbau der Tiefen Hydrothermalen Geothermie.

Wird am GFZ zu Geothermie geforscht?
Am GFZ forscht europaweit die größte Gruppe Wissenschaftler:innen und Ingenieur:innen zur Geothermie. Mit breiter Expertise werden alle Disziplinen abgedeckt − von der Erkundung der Lagerstätten über deren Erschließung durch Bohrungen und Engineering bis hin zur Wandlung und Verteilung der Energie. Umfangreiche Experimente in Labor und Technikum werden ergänzt durch GFZ-eigene und in Kooperation mit der Industrie betriebene Demonstrations- und Forschungsplattformen.

Kernbotschaften

• GRACE und GRACE-FO sind einzigartige deutsch-amerikanische Satellitenmissionen zum Klima- und Umweltmonitoring. Mit den erhobenen Daten werden zeitliche und räumliche Veränderungen des Schwerefeldes der Erde dokumentiert. Sie entstehen durch großräumige Massenverlagerungen, wie z. B. die Umverteilung globaler Wassermassen.
• Das Prinzip der GRACE-Missionen beruht auf der präzisen und kontinuierlichen Messung der Distanz zwischen zwei baugleichen Satelliten in einer polaren Umlaufbahn.
• Das mit dem Satellitenpaar realisierte Messprinzip ist das bislang einzige Verfahren, das Änderungen im Wasserkreislauf auf und bis weit unter der Erdoberfläche beobachten kann. Auf diese Weise lassen sich Veränderungen des terrestrische Wasserspeichers inklusive des Grundwassers sowie das Schmelzen der kontinentalen Eismassen in der Arktis und Antarktis oder die Anteile des Schmelzwassers am Meeresspiegelanstieg erfassen.
• Das Erheben der Daten sollte über mindestens drei Dekaden erfolgen, damit Effekte des Klimawandels zuverlässig von kurzfristigen Schwankungen unterschieden werden können. Nach GRACE (2002 – 2017) und GRACE-Follow On (seit 2018) wird der Start der neuen Mission GRACE-C für das Jahr 2028 vorbereitet.

FAQ

Was messen die GRACE-Satelliten?
Zwei baugleiche Satelliten umrunden die Erde in rund 490 km Höhe und mit einem Abstand von ca. 220 km zueinander. Der Umlauf erfolgt stets über beide Pole und dauert etwa 90 Minuten. Das Satellitenpaar misst monatliche und räumliche (ca. 300 km Pixelgröße) Veränderungen des Schwerefeldes der Erde. Sie „sehen“ damit Massenänderungen, zum Beispiel das winterliche Anwachsen und sommerliche Abschmelzen der polaren Eisschilde, aber auch starke Massenveränderungen in Regionen wie Kalifornien oder Westeuropa durch ungewöhnlich geringe bzw. hohe Niederschlagsmengen. Diese Beobachtungen sind wichtig für unser Verständnis des globalen Wasserkreislaufs und seiner Entwicklung in einem sich verändernden Klima.

Was passiert mit den Daten?
Aus den Daten errechnet das GFZ monatliche Karten des Schwerefeldes und leitet daraus die Veränderungen im globalen Wasserkreislauf ab. Die Daten und Karten stehen Forschenden weltweit kostenlos und ohne Zugangsbeschränkungen zur Verfügung, etwa über das GFZ-Portal gravis.gfz.de.

Welche Missionen gab es bisher und wie geht es weiter?
GRACE und GRACE-FO sind Gemeinschaftsprojekte zwischen Deutschland und den USA. In Immenstaad (Deutschland) hat Airbus alle vier Satelliten im Auftrag der NASA gebaut. Der Missionsbetrieb erfolgt im Raumfahrtkontrollzentrum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen. Die wissenschaftliche Leitung der Missionen liegt beim GFZ. GRACE startete im März 2002 und endete im Dezember 2017. Im Mai 2018 startete die Nachfolgemission GRACE-FO. Ihre nominelle Missionsdauer endete im Mai 2023, aktuelle Vorhersagen prognostizieren eine Fortsetzung der Mission bis ca. 2028 /29. Insgesamt entstand so in den vergangenen 24 Jahren eine einzigartige Langzeitreihe monatlicher Schwerefeldkarten. Ziel der Nachfolgemission GRACE-C ist es, ab 2029 das Schwerefeld der Erde mindestens sieben weitere Jahre lang vergleichbar zu vermessen, um die Daten über eine vollständige 30-jährige Klimaperiode zu erheben. Außerdem werden momentan Prototypen für operationelle Dienstleistungen wie das globale Grundwasser monitoring entwickelt, die von der künftigen Verfügbarkeit von Daten abhängen. Eine fortlaufende Messreihe ist daher essentiell, um den Klimawandel auf regionalen und globalen Skalen besser bewerten und über notwendige Maßnahmen zum Klimamanagement entscheiden zu können.