Wärmewende: Eine Thermoskanne aus Gestein
Das Ruhrgebiet hat Milliarden Tonnen Steinkohle gefördert. Ausgerechnet dieses Erbe könnte helfen, ein zentrales Problem der Energiewende zu lösen.
Knapp fünf Meter ragt der schmale Bohrturm in die Höhe. Wie vergessenes, überdimensioniertes Spielzeug steht er am Rande eines Geländes der Ruhr-Universität in Bochum. Sein Bohrkopf gräbt sich Stück für Stück durch den nasskalten Untergrund, bis er in einigen Tagen bei 120 Meter Tiefe angekommen sein wird.
Dort liegt ein Schacht der ehemaligen Zeche Mansfeld. In schlammbespritzter Neonjacke läuft Stefan Klein an einem knallgelben Bagger vorbei zu seinen Kollegen an der Bohrstelle. Gab es Probleme? Läuft alles wie geplant? Mittlerweile ja. Anfangs wollte der Strom noch nicht ganz.
Klein ist Geowissenschaftler und arbeitet für die Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien (IEG). Mine Thermal Energy Storage, kurz MTES, nennt sich die Technologie, an der sie hier forschen. Ein Pilotprojekt. Das Ziel: Alte Minen sollen zu einer Art steinerner Batterie für Wärme werden. Im Sommer speichern sie warme Energie, um sie im Winter abzugeben.
Hunderte Kilometer weit verläuft unter dem Ruhrgebiet ein Gewirr aus Minen und Schächten, dessen Ausmaß auch die Bergbehörde in Nordrhein-Westfalen nur schätzen kann. Von 60.000 Einstiegspunkten an der Oberfläche geht sie aus. Durch Ritzen und Spalten ist jahrzehntelang Wasser in die Hohlräume gesickert. Reservoirs, die sich die Forscher nun zunutze machen wollen.
Unter dem Erdboden liegen in der ehemaligen Zeche Mansfeld bei Bochum zwei große Kammern, 10.000 Kubikmeter, genug für vier olympische Schwimmbecken. Im Frühjahr 2026 wollen die Forscher testen, ob die Kammern verbunden sind, ob sie dicht sind, ob es Strömungen gibt. Die erste ist bereits erforscht, jetzt folgt die zweite.
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Wie im Inneren eines Marmorkuchens
Über dem Schacht vibriert der Boden. Eine kastenförmige Maschine, der Separator, trennt dröhnend das aus dem Bohrloch herausgespülte Wasser von Gestein. Geowissenschaftler Klein führt zu einem kleinen weißen Container, in den die Forscher immer wieder Proben des Bohrwassers bringen.
Er kramt aus einer Ecke übergroße, laminierte Zettel hervor. „Auf diesem Querschnitt des Bochumer Untergrunds sieht man, warum sich Steinkohleregionen so sehr für MTES eignen“, erklärt er. Wie im Inneren eines Marmorkuchens wechseln sich helle und dunkle Schichten ab: Sand- und Tonstein, 300 Millionen Jahre alt.
Sandstein ist von Natur aus porös, von vielen Hohlkammern durchzogen, erklärt Klein. Erhitzt man das Minenwasser, fließt dieses also direkt in das Gestein und heizt dieses auf. Dass MTES funktioniert, liegt an dem umliegenden Tonstein. Dieser ist ein schlechter Wärmeleiter und isoliert so den erwärmten Sandstein.
Es entsteht eine Art Thermoskanne aus Gestein, die im Sommer Wärme speichert und im Winter Wärme liefert. Der Standort ist dabei zweitrangig. Die geologischen Bedingungen sind dort, wo Steinkohle abgebaut wurde, nahezu identisch. Sei es das Ruhrgebiet, Ostdeutschland oder Spanien.
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Die Wärme verpufft ungenutzt
Klein verstaut die laminierten Zettel und tritt aus dem Container in die trotz der grellen Sonne eisige Kälte. Sein Blick wandert zu einem Schornstein im Hintergrund der Bohrstelle. Dicke Dampfwolken quellen in den blauen Himmel. „Sehen Sie das?“, fragt er und deutet auf die weißen Schwaden. „Das Blockheizkraftwerk da vorne heizt den ganzen Campus“, erklärt Klein.
Und im Sommer? „Fließt von hier aus kaltes Wasser durch ein Geflecht aus Rohren über den Campus und kühlt die Hörsäle und Labore. Das Wasser nimmt die Wärme auf.“ Der Separator dröhnt unentwegt, während er spricht. Er macht eine Pause. „Wärme, die danach ungenutzt verpufft.“
Jeden Sommer, rechnet Stefan Klein vor, geht so genug Energie verloren, um 480 unsanierte Einfamilienhäuser zu heizen. Es ist diese Wärme, die künftig in der Mine gespeichert werden soll, um im Winter genau diese Hörsäle und Labore zu heizen.
Das MTES-Projekt ist Teil einer internationalen Forschungsgemeinschaft, 20 Millionen Euro schwer. Seit 2018 arbeiten die Forschenden daran, Wärme im Untergrund zu speichern. In Minen, abseits von Minen – in Deutschland, Tschechien, der Slowakei.
Sie modellieren Untergründe, rechnen, bohren. 500 Terawattstunden könnten laut ihren Berechnungen in deutschen Minen gespeichert werden – Energie, die für Millionen von Haushalten reicht. Zumindest theoretisch.
Der Winter ist das Problem
Seit Jahrzehnten forscht Thomas Kohl, Professor für Geophysik am Karlsruher Institut für Technologie, an erneuerbaren Energien. Sein Fachgebiet ist die Geothermie, wenn wir Menschen uns die Hitze des Erdkerns zunutze machen. Ja, sagt Kohl, MTES hat Potenzial. Mehr noch. Die Minen könnten helfen, ein entscheidendes Problem der Energiewende zu lösen: den Winter.
Die Sonne steht hoch an diesem Wintertag in Bochum. Nur weit oben zeichnen sich schemenhaft eiskalte Cirruswolken ab. Doch obwohl der Himmel klar ist, schafft es die Sonne kaum, den gefrorenen Tau von den Grashalmen zu schmelzen. Die Leistungen von Solarenergie brechen im Winter ein, erklärt Thomas Kohl, der Geophysiker. Wenn der Wind dann noch zwischendrin abflaut, kann das zum Problem werden.
Ab 2030 muss aber mindestens ein Drittel der Wärme, mit der deutsche Haushalte heizen, aus erneuerbaren Quellen stammen. 2024 waren es gerade einmal 18,1 Prozent. Nach langem Anlauf boomt mittlerweile der Absatz von Wärmepumpen. Aber die brauchen Strom, und je kälter es ist, desto mehr. Ausgerechnet dann, wenn die Sonne weniger davon produziert.
MTES, sagt Geophysiker Thomas Kohl, könnte da eine nützliche Ergänzung sein. Die Überproduktion des Sommers könnte tief unter dem Erdboden gespeichert und im Winter genutzt werden. Es könnten unterirdische Boiler entstehen, die kombiniert mit Wärmepumpen ganze Quartiere versorgen könnten.
In Skandinavien arbeiten sie mit ähnlicher Technik
Aber eignet sich MTES tatsächlich für Fernwärmenetze? Einzelne Gebäude könnte es sicher beheizen, aber die Wärme durch kilometerlange Rohre transportieren, wie bei tiefer Geothermie? Wenn, dann vermutlich nur durch Wärmespeicherung, ordnet Kohl ein.
Er gibt zu bedenken, dass Wasser für Fernwärme um 90 Grad Celsius heiß sein muss. Ohne zusätzliche Energiequellen sei das eine erhebliche Herausforderung. Und Wasser durch Wärmepumpen stark zu erhitzen, ist immens stromintensiv. Strom, der für eine nachhaltige Lösung auch wieder aus erneuerbarer Energie produziert werden müsste.
In Skandinavien und in den Niederlanden arbeiten sie schon länger mit einer ähnlichen Technik. Bis zu 30 Grad Celsius können dort in Aquiferen, Grundwasserspeichern, eingelagert werden. Mehr geht aktuell nicht, die Technik gibt es schlicht nicht her, und auch das Wasser könnte verunreinigt werden.
Außerdem sind die geologischen Einschränkungen größer als bei MTES. Stefan Klein und seine Bochumer Kollegen wollen mehr: rund 85 Grad soll die Mine speichern. Weil sie nicht mit Grundwasser arbeiten, sind die hohen Temperaturen in der Mine kein Problem.
Um die Energiewende voranzutreiben, so sagen es Geophysiker Kohl und auch Projektleiter Klein, kann MTES nur ein Baustein sein. Allerdings kommt im Ruhrgebiet neben den guten Voraussetzungen im Untergrund noch dazu, dass die Kohle die Region zu einer der am dichtesten besiedelten in Deutschland gemacht hat.
Gespeicherte Energie kann also mit kurzen Wegen wieder genutzt werden. Ausgerechnet die Reste des Kohlzeitalters, das die Erderhitzung befeuert hat, könnten dort also nun gegen die Klimakrise eingesetzt werden.
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