Die hydrothermale Geothermie nutzt natürlich vorkommendes Thermalwasser aus Tiefen von meist 2.000 bis 4.000 Metern, teils bereits ab 400 Metern, hauptsächlich zur Wärmeversorgung in geothermischen Heizwerken. Für die in der Grafik dargestellte Stromerzeugung aus Geothermie sind jedoch Temperaturen von über 120 Grad Celsius erforderlich. Natürliche Reservoire mit ausreichender Wassermenge und Temperatur zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung sind in Deutschland im süddeutschen Molassebecken, dem Oberrheingraben und dem norddeutschen Becken vorhanden. Das Thermalwasser wird über eine Förderbohrung an die Oberfläche geleitet und zirkuliert dort in einem geschlossenen Kreislauf. Im einem Wärmetauscher gibt es seine Wärme an einen Wärmeträger ab, der in einem zweiten Kreislauf zirkuliert und Turbinen zur Stromerzeugung antreiben kann. Zusätzlich kann Wärme ausgekoppelt und als Fernwärme genutzt werden. Das abgekühlte Wasser wird anschließend über eine Injektionsbohrung wieder in den Untergrund zurückgeführt.

Bei der petrothermalen Geothermie steht kein natürliches Thermalwasser oder Wasserdampf zur Verfügung – sie erschließt trockene Gesteinsschichten. Dennoch lässt sich die in etwa 2.000 bis 6.000 Metern Tiefe gespeicherte Wärme des heißen Gesteins technisch nutzen. Aufgrund dieses Prinzips werden die Verfahren der petrothermalen Geothermie auch als „Hot-Dry-Rock-Verfahren“ bezeichnet. Dabei wird in künstlich vergrößerte Risse und Klüfte unter hohem Druck Wasser eingepresst, das sich im ca. 200 Grad Celsius heißen Gestein erhitzt. Eine Förderbohrung pumpt das ca. 90 bis 150 Grad Celsius heiße Wasser dann wieder an die Erdoberfläche. Dort kann es wie bei der hydrothermalen Geothermie über Wärmetauscher für die Wärmeversorgung genutzt werden. Sinnvoll ist die gleichzeitige Stromerzeugung mit einer zwischengeschalteten Turbine. 

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