Oberflächennahe Geothermie - Nachhaltigkeit und rechtliche Situation

Abstract

Durch die spürbaren negativen Folgen fossiler und atomarer Energiegewinnung, insbesondere nach dem Atomunglück von Fukushima, werden alternative Energiequellen intensiver denn je diskutiert. Forderungen nach Klimaschutz und Energiesicherheit stehen dabei im Vordergrund und unterstützen die Entwicklung dieser Energieformen. Die Nutzung der oberflächennahen Geothermie kann dabei eine wichtige Rolle spielen, führt jedoch zu Veränderungen der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Untergrundes und des Grundwassers. Letzteres spielt eine herausragende Rolle als Trinkwasserquelle für weite Teile der Bevölkerung. Gleichzeitig ist es lebenswichtig für unterschiedliche Lebensformen und aus diesen Gründen besonders schützenswert.

In dieser Dissertation wurde die aktuelle Situation der oberflächennahen Geothermie unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit und der rechtlichen Situation analysiert, um Vorschläge für eine entsprechende Nutzung und deren Sicherstellung zu geben. Daher wurden die Auswirkungen oberflächennaher Geothermie auf das Grundwasser und den Untergrund betrachtet.

Parallel wurde die rechtliche Situation von Erdwärmesonden in Deutschland mit dem Schwerpunkt auf Mindestabständen und tolerierbaren Temperaturänderungen als Basis der Sicherung einer nachhaltigen Nutzung analysiert. Eine internationale Studie in 48 Ländern sollte dafür eine erweiterte Bewertungsbasis liefern.

Die Ergebnisse zeigen, dass die rechtliche Situation national wie auch international unbefriedigend ist. So gelten feste Mindestabstände zwischen den Anlagen und weiteren Referenzpunkten sowie absolute und relative Temperaturgrenzwerte für das Grundwasser und den Untergrund, um negative Auswirkungen der Nutzung oberflächennaher Geothermie gering zuhalten. Diese wenigen bestehenden Regelungen weisen zudem in ihrer rechtlichen Verankerung sowie den festgelegten Grenzwerten deutliche Unterschiede zwischen den Ländern auf. Ein entscheidender Grund hierfür scheinen die immensen Wissenslücken zu sein, insbesondere im Bereich der ökologischen Auswirkungen und ihrem Zusammenspiel. Nur in langfristigen Feldversuchen bei unterschiedlichen hydro-chemischen und hydro-biologischen Bedingungen können diese geschlossen werden. Die Studie zeigte somit auch, dass noch keines der Länder eine Strategie zur nachhaltigen Nutzung der oberflächennahen Geothermie umsetzt.

In der vorliegenden Dissertationsschrift wurden auf der rechtlichen Bestandsanalyse basierend Kriterien für die Definition der nachhaltigen flachen Geothermie festgelegt und ein Bewertungs- und Planungsschema entwickelt. Darin sind sechs Entscheidungsebenen (Typ, Nutzung, Größe, Technische Untersuchung, Ökologische Untersuchung, Genehmigungsverfahren) integriert, die eine nachhaltige Gewinnung der oberflächennahen Geothermie ermöglichen. Die vorgeschlagenen Nachhaltigkeitskriterien sowie das Bewertungs- und Planungsschema können als Basis für die Entwicklung einer rechtlich bindenden Richtlinie für eine nachhaltige Nutzung der oberflächennahen Geothermie verwendet werden.

Discussion on renewable energies is again important due to the negative consequences of energy production by fossil fuels and nuclear energy, particularly after the nuclear accident in Fukushima. Demands for energy security and protection of the environment are arising and therefore supporting the development of renewable energies. Hence, the use of shallow geothermal energy can play an important role in the future. Its usage however, might result in changes in the physical, chemical and biological characteristics of the subsurface and groundwater ecosystem. Groundwater plays a big role not only as a source of drinking water for the population but is also important for several life-forms and therefore is considered as a good which deserves protection.

In this study the current situation of shallow geothermal energy was analyzed with emphasis on the sustainability and legal situation in order to give suggestions for its long-term sustainable use and securing. Therefore, the influence of shallow geothermal energy on the groundwater and the underground was analyzed.

At the same time, the legal situation of ground source heat pump systems in Germany was evaluated with emphasis on minimum distances and temperature thresholds as a basis for long-term sustainable use. For a broader assessment basis the national study was fortified by an international study with 48 countries.

The results showed that the legal situation in Germany as well as in other countries is unsatisfying. This holds particularly for minimum distances between borehole heat exchangers and other points of reference, as well as absolute and relative temperature changes allowed in the groundwater and underground in order to diminish the influence of using shallow geothermal energy on the subsurface system. Moreover, these few existing regulations for temperature thresholds and minimum distances show clear differences among countries regarding their legal embedding as well as in the fixed threshold values.

A crucial reason for this seems to be the immense gaps in knowledge of governing processes, particularly in the area of the ecological effects and their interaction. In order to tackle this problem, long-term studies on ecological effects with different hydrochemical and hydrobiological conditions are needed. The studies also showed that none of the countries have implemented a strategy for the long-term sustainability of shallow geothermal energy yet. In the present thesis, criteria for the definition of the sustainability of the use of shallow geothermal energy are provided. Moreover, a scheme of assessment and planning was developed. Six decision levels were integrated (type, use, size, technical assessment, ecological assessment and licensing procedure). The suggested sustainability criteria as well as the scheme of assessment and planning can be used as a basis for the development of a legally binding guiding principle for sustainable use of shallow geothermal energy.