Unterirdische Wärmeinseln anzapfen

In St?dten und dicht bebauten Fl?chen ist es w?rmer als im Umland. Das sp¨¹rt man besonders an heissen Sommertagen, wenn die Hitze zwischen den Bauten steht, und Strassen schweisstreibende W?rme abstrahlen. Ausserhalb der Stadt ist die Luft oft sp¨¹rbar k¨¹hler.

Doch nicht nur oberirdisch ist eine Stadt eine W?rmeinsel. Auch der Erdboden unterhalb bebauter Gebiete ist eine solche. Denn die W?rme wird ¨¹ber Strassen, Keller, Tiefgaragen oder Abwasserkan?le in den Boden abgef¨¹hrt. Dieser W?rmeeintrag kann betr?chtlich sein: In der Stadt Z¨¹rich ist es in 20 Metern Tiefe im Schnitt einige wenige Grade w?rmer als ausserhalb der Stadt.

W?rmeeintrag regeneriert nat¨¹rliches Reservoir

Eine Gruppe von Forschern, darunter der ETH-Erdwissenschaftler Jaime Rivera, zeigen nun in einem Artikel in der Fachzeitschrift ?Renewable Energy? auf, dass in diesen unterirdischen W?rmeinseln ein bislang ungenutztes Potenzial zur Energiegewinnung schlummert. Dieses Potenzial k?nnte mit Anlagen, wie sie bereits heute zur Nutzung von Erdw?rme eingesetzt werden, angezapft werden.

So haben Rivera und Kollegen mit einem Modell berechnet, dass das Potenzial f¨¹r die Nutzung von Erdw?rme in st?dtischen Gebieten dank des Inseleffekts deutlich h?her liegt als auf dem Land, und zwar bis zu 40 Prozent.

Der W?rmenachschub in den Boden regeneriert zudem das nat¨¹rliche W?rmereservoir des Erdbodens, das durch Erdsonden angezapft wird. Indem nur der unterirdische W?rme¨¹berschuss abgesch?pft wird, k?nnen Erdw?rmeanlagen auf Stadtgebiet l?nger oder intensiver genutzt werden, als wenn nur die nat¨¹rliche W?rme genutzt wird. ?Ist die Nutzung der zus?tzlichen Erdw?rme m?ssig intensiv, reicht die Abw?rme von st?dtischen Strukturen sogar aus, um das nat¨¹rliche W?rmereservoir zu regenerieren?, sagt der Erstautor der Studie, Jaime Rivera.

Mehr Energie, k¨¹rzere Bohrl?cher

Dank der zus?tzlichen eingebrachten W?rme k?nnten aber auch entweder h?here Energiemengen aus dem Boden gewonnen werden oder die L?nge der Bohrl?cher k?nnte k¨¹rzer werden. ?Jedes zus?tzliche Grad Celsius an der Erdoberfl?che auf Stadtgebiet bedeutet, dass das Bohrloch vier Meter weniger tief sein muss, um daraus die gleiche Energiemenge gewinnen zu k?nnen?, so der Erdwissenschaftler.

Um ihr Modell, das sie zur Berechnung des W?rmenutzungs-Potenzials erstellten, zu testen, verwendeten die Forscher ein Beispiel aus der Agglomeration Z¨¹richs. Dabei bezogen sie nicht nur den erh?hten W?rmefluss durch den Inseleffekt ein, sondern auch die Erw?rmung der Atmosph?re aufgrund des Klimawandels.

?Unsere Erkenntnisse helfen bei der Planung von geothermalen Energiesystemen in Gebieten mit erh?hten Bodentemperaturen?, sagt Studienleiter Peter Bayer. In St?dten gebe es zudem weitere W?rmequellen wie Tunnels, Abwasserkan?le oder Fernw?rmeheizsysteme, die zur Bodenerw?rmung beitragen. ?Weil aber alle diese W?rmequellen k¨¹nstlich sind, zapfen wir strenggenommen keine nat¨¹rliche erneuerbare Energiequelle an?, betont Bayer.