Werkzeuge, die aus dem geothermischen Ansturm von Fracking-Brennstoff entstanden sind

Unterstützt durch

Die Vereinigten Staaten verfügen über genügend geothermische Energie, um das ganze Land mit Strom zu versorgen. Einige versuchen, es mithilfe von Techniken aus dem Fracking-Boom zu erschließen.

Von Brad Plumer

Brad Plumer reiste nach Beaver County, Utah, um dort Geothermieprojekte zu besuchen, und sprach mit Dutzenden von Fachleuten aus der Branche.

In einem Beifußtal voller Windturbinen und Sonnenkollektoren im Westen Utahs blickte Tim Latimer auf ein ganz anderes Gerät, von dem er glaubt, dass es im Kampf gegen den Klimawandel genauso leistungsstark sein könnte – vielleicht sogar noch stärker.

Es handelte sich ausgerechnet um eine Bohrinsel, die aus den Ölfeldern North Dakotas hierher verpflanzt worden war. Doch die leise surrende Bohrinsel war nicht auf der Suche nach fossilen Brennstoffen. Es bohrte nach Hitze.

Das Unternehmen von Herrn Latimer, Fervo Energy, ist Teil einer ehrgeizigen Anstrengung, riesige Mengen geothermischer Energie aus dem heißen Erdinneren zu erschließen, einer Quelle erneuerbarer Energie, die dazu beitragen könnte, fossile Brennstoffe zu ersetzen, die den Planeten gefährlich erwärmen.

„Da unten gibt es praktisch unbegrenzte Ressourcen, wenn wir sie erreichen können“, sagte Herr Latimer. „Geothermie verbraucht nicht viel Land, verursacht keine Emissionen und kann Wind- und Solarenergie ergänzen. Jeder, der sich damit beschäftigt, ist davon besessen.“

Traditionelle Geothermieanlagen, die es schon seit Jahrzehnten gibt, nutzen natürliche Warmwasserreservoirs im Untergrund, um Turbinen anzutreiben, die rund um die Uhr Strom erzeugen können. Allerdings verfügen nur wenige Standorte über die richtigen Voraussetzungen dafür, sodass Geothermie derzeit nur 0,4 Prozent des amerikanischen Stroms produziert.

Aber überall auf dem Planeten liegen heiße, trockene Gesteine unter der Oberfläche. Und einige Experten glauben, dass es durch den Einsatz fortschrittlicher Bohrtechniken, die von der Öl- und Gasindustrie entwickelt wurden, möglich ist, diesen größeren Wärmespeicher anzuzapfen und fast überall geothermische Energie zu erzeugen. Das Potenzial ist enorm: Das Energieministerium schätzt, dass in diesen Gesteinen genug Energie steckt, um das ganze Land fünfmal mit Strom zu versorgen, und hat große Anstrengungen unternommen, um Technologien zur Gewinnung dieser Wärme zu entwickeln.

Dutzende Geothermieunternehmen sind mit Ideen entstanden.

Fervo nutzt Fracking-Techniken – ähnlich denen für Öl und Gas –, um trockenes, heißes Gestein aufzubrechen und Wasser in die Brüche zu injizieren und so künstliche geothermische Reservoire zu schaffen. Eavor, ein kanadisches Start-up-Unternehmen, baut große unterirdische Heizkörper mit Bohrmethoden, die erstmals in den Ölsanden Albertas eingesetzt wurden. Andere träumen davon, mit Plasma oder Energiewellen noch tiefer zu bohren und „superheiße“ Temperaturen zu erreichen, die Tausende von Kohlekraftwerken sauber antreiben könnten, indem sie Kohle durch Dampf ersetzen.

Dennoch drohen Hindernisse für den Ausbau der Geothermie. Investoren sind besorgt über die Kosten und Risiken neuartiger Geothermieprojekte. Manche befürchten den Wasserverbrauch oder Erdbeben durch Bohrungen. Die Genehmigung ist schwierig. Und Geothermie erhält weniger staatliche Unterstützung als andere Technologien.

Dennoch ist das wachsende Interesse an Geothermie auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Vereinigten Staaten seit den 2000er Jahren außerordentlich gut im Bohren geworden sind. Innovationen wie Horizontalbohrungen und Magnetsensoren haben die Öl- und Gasproduktion zum Leidwesen der Umweltschützer auf Rekordhöhen getrieben. Aber diese Innovationen können auf die Geothermie übertragen werden, wo Bohrungen die Hälfte der Projektkosten ausmachen können.

„Jeder kennt Kostenrückgänge bei Wind- und Solarenergie“, sagte Cindy Taff, die 36 Jahre lang bei Shell arbeitete, bevor sie zu Sage Geosystems, einem Geothermie-Start-up in Houston, wechselte. „Während der Schieferrevolution sahen wir aber auch einen starken Kostenrückgang bei Öl- und Gasbohrungen. Wenn wir das auf die Geothermie übertragen können, könnte das Wachstum enorm sein.“

Staaten wie Kalifornien sind immer verzweifelter auf der Suche nach sauberen Energiequellen, die rund um die Uhr in Betrieb sind. Während Wind- und Solarenergie schnell wachsen, sind sie auf fossile Brennstoffe wie Erdgas als Backup angewiesen, wenn die Sonne untergeht und der Wind nachlässt. Die Suche nach einem Ersatz für Gas stellt eine akute Klimaherausforderung dar, und Geothermie ist eine der wenigen plausiblen Optionen.

„Geothermie wurde in der Vergangenheit übersehen“, sagte Senatorin Lisa Murkowski, Republikanerin aus Alaska, bei einer Anhörung. Aber mit Innovation, fügte sie hinzu, „ist das Potenzial da draußen, ich denke, das ist ziemlich außergewöhnlich.“

In der Nähe der Stadt Milford in Utah befindet sich das Geothermiekraftwerk Blundell, umgeben von kochenden Schlammgruben, zischenden Dampfquellen und den Skelettruinen eines Thermalbad-Resorts. Das 1984 erbaute 38-Megawatt-Kraftwerk produziert genug Strom für rund 31.000 Haushalte.

Das Kraftwerk in Blundell basiert auf uraltem Vulkanismus und Besonderheiten der Geologie: Direkt unter der Oberfläche befinden sich heiße, natürlich poröse Gesteine, durch die das Grundwasser versickern und sich ausreichend erhitzen kann, um Dampf für die Stromerzeugung zu erzeugen. Aber solche Zustände sind selten. In weiten Teilen der Region besteht das unterirdische heiße Gestein aus hartem Granit, und Wasser kann nicht so leicht fließen.

Drei Meilen östlich versuchen zwei Teams, diesen heißen Granit anzuzapfen. Eine davon ist Utah FORGE, ein vom Energieministerium finanziertes Forschungsvorhaben im Wert von 220 Millionen US-Dollar. Das andere ist Fervo, ein Start-up mit Sitz in Houston.

Beide verwenden ähnliche Methoden: Zunächst werden zwei Brunnen in Form eines riesigen L gebohrt, die sich über Tausende von Fuß in den heißen Granit erstrecken, bevor sie sich krümmen und sich über Tausende von Fuß horizontal erstrecken. Dann nutzen Sie Fracking, bei dem kontrollierte Sprengstoffe und Hochdruckflüssigkeiten zum Einsatz kommen, um eine Reihe von Rissen zwischen den beiden Bohrlöchern zu erzeugen. Zum Schluss spritzen Sie Wasser in einen Brunnen, wo es hoffentlich durch die Risse wandert, sich auf über 300 Grad Fahrenheit erwärmt und aus dem anderen Brunnen austritt.

Dabei handelt es sich um „verstärkte Geothermie“, und die Menschen haben seit den 1970er Jahren mit technischen Schwierigkeiten zu kämpfen.

Doch im Juli gab FORGE bekannt, dass es erfolgreich Wasser zwischen zwei Brunnen transportiert habe. Zwei Wochen später verkündete Fervo seinen eigenen Durchbruch: Ein 30-tägiger Test in Nevada ergab, dass das Verfahren genug Wärme für die Stromerzeugung erzeugen konnte. Fervo bohrt derzeit Bohrlöcher für sein erstes kommerzielles 400-Megawatt-Kraftwerk in Utah neben dem FORGE-Standort.

„Das sind große Errungenschaften, und zwar in einem schnelleren Zeitraum als wir erwartet hatten“, sagte Lauren Boyd, Leiterin des Geothermal Technologies Office des Energieministeriums, das schätzt, dass Geothermie bis 2050 12 Prozent des amerikanischen Stroms liefern könnte, wenn sich die Technologie verbessert.

Mr. Latimer schien weniger überrascht zu sein. Bevor er Fervo im Jahr 2017 gründete, arbeitete er als Bohringenieur für BHP, ein Öl- und Gasunternehmen. Dort kam er zu der Überzeugung, dass frühere Versuche zur verbesserten Geothermie gescheitert waren, weil sie sich die Vorteile von Öl- und Gasinnovationen wie Horizontalbohrungen oder faseroptischen Sensoren nicht zunutze gemacht hatten.

Fervo hat viele der verwendeten Werkzeuge nicht erfunden. In Utah werden die Bohrungen von Helmerich & Payne durchgeführt, einem großen Öl- und Gasunternehmen, das ein High-Tech-Bohrgerät mit Software und Sensoren entwickelt hat, das es den Bedienern ermöglicht, Bohrmeißel im Untergrund präzise zu steuern. Sechzig Prozent der Mitarbeiter von Fervo kamen aus der Öl- und Gasbranche.

„Wenn wir dieses Zeug selbst erfinden müssten, hätte es Jahre oder Jahrzehnte gedauert“, sagte Herr Latimer. „Unsere große Erkenntnis war, dass die Leute in der Geothermie einfach nicht genug mit Leuten in der Öl- und Gasbranche sprachen.“

Der schwierige Teil besteht nun darin, verbesserte Geothermie erschwinglich zu machen. Das Energieministerium möchte, dass die Kosten für eine flächendeckende Einführung auf 45 US-Dollar pro Megawattstunde sinken. Die Kosten von Fervo seien „viel höher“, sagte Herr Latimer, obwohl er glaubt, dass wiederholte Bohrungen sie senken können.

Forschung bei FORGE könnte helfen. Tiefere und heißere Bohrungen können Projekte kosteneffizienter machen, da mehr Wärme mehr Energie bedeutet. Da die vorhandenen Öl- und Gasanlagen jedoch nicht für Temperaturen über 350 Grad ausgelegt waren, testet FORGE neue Werkzeuge in heißerem Gestein.

„Niemand sonst ist bereit, die Risiken einzugehen, die wir eingehen können“, sagte Joseph Moore, ein Geologe der University of Utah, der FORGE leitet.

Die verbesserte Geothermie steht vor anderen Herausforderungen, warnte Dr. Moore. Die unterirdische Geologie ist komplex und es ist schwierig, Brüche zu erzeugen, die die Wärme aufrechterhalten und mit der Zeit nicht zu viel Wasser verlieren. Bohrer müssen vermeiden, Erdbeben auszulösen, ein Problem, das Geothermieprojekte in Südkorea und der Schweiz plagte. FORGE überwacht seinen Standort in Utah genau auf seismische Aktivitäten und hat nichts Besorgniserregendes gefunden.

Die Genehmigung ist schwierig. Während verbesserte Geothermie theoretisch überall funktionieren könnte, befinden sich die besten Ressourcen auf Bundesland, wo behördliche Überprüfungen Jahre dauern und es oft einfacher ist, Genehmigungen für Öl- und Gasbohrungen zu erhalten, da Unternehmen für fossile Brennstoffe Ausnahmegenehmigungen erhalten haben.

Dennoch steigt das Interesse. Kalifornien kämpft mit Stromausfällen und musste kürzlich die Lebensdauer von drei alten, umweltschädlichen Gasanlagen verlängern. Die Regulierungsbehörden haben den Energieversorgern befohlen, 1.000 Megawatt Strom aus sauberen Quellen hinzuzufügen, die rund um die Uhr laufen können, um schwankende Wind- und Solareinspeisungen abzufedern. Ein Stromversorger, Clean Power Alliance, erklärte sich bereit, 33 Megawatt von Fervos Kraftwerk in Utah zu kaufen.

„Wenn wir es finden können, haben wir einen ziemlich großen Appetit auf Geothermie“, sagte Ted Bardacke, Geschäftsführer der Clean Power Alliance. „Wir fügen jedes Jahr mehr Solarenergie für den Tag hinzu und haben eine große Menge an Batterien, um die Energieversorgung auf den Abend zu verlagern. Aber was machen wir nachts? Da kann Geothermie wirklich helfen.“

Fervo steht in einem harten Wettbewerb um die Zukunft der Geothermie.

Eine Alternative ist ein „geschlossenes Kreislaufsystem“, bei dem versiegelte Rohre in heißes, trockenes Gestein gebohrt werden und dann Flüssigkeit durch die Rohre zirkuliert, wodurch ein riesiger Kühler entsteht. Dies vermeidet die Unvorhersehbarkeit des Wasserflusses durch unterirdisches Gestein und erfordert kein Fracking, das in einigen Gebieten verboten ist. Der Nachteil: komplizierteres Bohren.

Eavor, ein in Calgary ansässiges Unternehmen, hat bereits ein geschlossenes Kreislaufsystem in Alberta getestet und baut nun seine erste 65-Megawatt-Anlage in Deutschland.

„Wenn die Geothermie jemals groß angelegt werden soll, muss es ein wiederholbarer Prozess sein, den man immer wieder durchführen kann“, sagte John Redfern, CEO von Eavor. „Wir glauben, dass wir dafür den besten Weg haben.“

In Texas ist Sage Geosystems auf der Suche nach Frack-Bohrlöchern, die als Batterien dienen. Wenn im Netz überschüssiger Strom vorhanden ist, wird Wasser in den Brunnen gepumpt. In Zeiten der Not drücken Druck und Hitze in den Brüchen das Wasser wieder nach oben und liefern Energie.

Die kühnste Vision für Geothermie besteht darin, sechs Meilen oder mehr unter der Erde zu bohren, wo die Temperaturen 750 Grad Fahrenheit überschreiten. An diesem Punkt wird Wasser überkritisch und kann fünf- bis zehnmal so viel Energie speichern wie normaler Dampf. Wenn es funktioniert, sagen Experten, könnte „superheiße“ Geothermie überall billige und reichlich saubere Energie liefern.

„Das ultimative Ziel sollte sein, an das superheiße Zeug heranzukommen“, sagte Bruce Hill von der Clean Air Task Force, einer Umweltgruppe.

Aber um so tief zu gehen, sind zukunftsweisende Werkzeuge erforderlich. GA Drilling, ein slowakisches Unternehmen, entwickelt Plasmabrenner zum Bohren bei hohen Temperaturen. Quaise, ein in Massachusetts ansässiges Start-up-Unternehmen, möchte Millimeterwellen – Hochfrequenz-Mikrowellen – nutzen, um Gestein zu pulverisieren und Tiefen von bis zu 12 Meilen zu erreichen.

„Es gibt enorme technische Herausforderungen“, sagte Carlos Araque, CEO von Quaise.

„Aber“, fügte er hinzu, „stellen Sie sich vor, Sie könnten neben einem Kohlekraftwerk bohren und Dampf gewinnen, der heiß genug ist, um die Turbinen dieses Kraftwerks anzutreiben.“ Ersetzen Sie Kohle in Tausenden von Kohlekraftwerken auf der ganzen Welt. Das ist das Niveau der Geothermie, das wir erschließen wollen.“

Die Bundesregierung spielt eine führende Rolle bei der Förderung riskanter neuer Energietechnologien. Aber der Gesetzgeber vernachlässigt oft die Geothermie. Das jüngste Infrastrukturgesetz sah 9,5 Milliarden US-Dollar für sauberen Wasserstoff vor, aber nur 84 Millionen US-Dollar für fortschrittliche Geothermie.

„Es war schwierig für die Geothermie, ins Gespräch zu kommen“, sagte Jamie Beard, Gründer von Project InnerSpace, einer in Texas ansässigen gemeinnützigen Organisation, die Geothermie fördert.

Frau Beard hat jahrelang versucht, Öl- und Gasunternehmen für Geothermie zu begeistern. Das geschieht langsam: Devon Energy investierte 10 Millionen US-Dollar in Fervo, während BP und Chevron Eavor unterstützen. Nabors, ein Bohrdienstleister, hat in GA Drilling, Quaise und Sage investiert.

In Oklahoma hat ein Konsortium von Öl- und Gasunternehmen unter der Leitung von Baker Hughes kürzlich einen Versuch gestartet, die Umwandlung stillgelegter Bohrlöcher in Geothermieanlagen zu untersuchen.

„In der Vergangenheit waren die Vorlaufkosten und Risiken der Geothermie eine Herausforderung“, sagte Ajit Menon, Vizepräsident für Geothermie bei Baker Hughes. „Aber wir glauben, dass es eine große Rolle spielt. Und wir haben Mitarbeiter mit den richtigen Fähigkeiten und der richtigen Technologie. Sie sehen, warum es für uns Sinn macht.“

Brad Plumer ist ein Klimareporter, der sich auf politische und technologische Bemühungen zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen spezialisiert hat. Bei The Times hat er auch über internationale Klimaverhandlungen und die sich verändernde Energielandschaft in den Vereinigten Staaten berichtet. Mehr über Brad Plumer