2.500 Meter tief: Wie Chinas CO₂-Geothermie Wärme ohne Grundwasser gewinnt

Chinas erstes in Betrieb genommenes Geothermieprojekt mit überkritischem CO₂ ist vor allem eines: eine Demonstration für die Wärmeversorgung – kein Geothermiekraftwerk. Das von China Huaneng entwickelte Projekt startete am 19. Mai 2026 in Zhengzhou. Dabei zirkuliert CO₂ in einem abgedichteten, rund 2.500 Meter tiefen Bohrloch, nimmt Wärme aus dem umgebenden Gestein auf und gibt sie an der Oberfläche an einen separaten Wasserkreislauf für die winterliche Raumheizung ab. 613

Bedeutend ist der Ansatz, weil er Erdwärme gewinnen kann, ohne Grundwasser zu fördern. Die bisherigen Ergebnisse sind jedoch als früher Meilenstein im Betrieb zu verstehen – nicht als Beleg dafür, dass geschlossene Geothermie bereits überall günstigen Strom rund um die Uhr liefern kann.

So funktioniert das System in Zhengzhou

Der Brunnen arbeitet mit einer koaxialen Anordnung: Ein Leitungsweg führt vergleichsweise kühles, unter Druck stehendes CO₂ in die Tiefe, ein anderer bringt das erwärmte Medium wieder nach oben. In 2.500 Metern Tiefe wird Wärme aus dem Gestein durch die Konstruktion des Bohrlochs auf das zirkulierende CO₂ übertragen. An der Oberfläche gibt das zurückkehrende CO₂ die Wärme an Wasser für das Fern- beziehungsweise zentrale Heizungssystem ab. Der Arbeitsstoff bleibt dabei im geschlossenen Kreislauf und vermischt sich nicht mit der geologischen Formation. 6713

Das unterscheidet die Anlage von konventionellen hydrothermalen Geothermiesystemen. Diese fördern natürlich heißes Wasser aus einem durchlässigen unterirdischen Reservoir und führen das abgekühlte Wasser normalerweise wieder zurück. Ein geschlossener Kreislauf kann dagegen die in Gestein gespeicherte Wärme nutzen – auch dort, wo der natürliche Grundwasserfluss für ein offenes Geothermiesystem nicht ausreicht.

Warum CO₂ statt Wasser?

Als Wärmeträger kommt überkritisches CO₂ zum Einsatz. Unter geeigneten Druck- und Temperaturbedingungen verbindet es eine gasähnliche Beweglichkeit mit einer flüssigkeitsähnlichen Dichte. Der technische Ansatz beruht darauf, dass CO₂ in einem tiefen Bohrloch mit vergleichsweise geringem Strömungswiderstand zirkulieren und Wärme effektiv übertragen kann. 613

Zusätzlich kann ein Thermosiphon-Effekt helfen: Während das CO₂ beim Aufsteigen wärmer wird, sinkt seine Dichte gegenüber dem kälteren, abwärts strömenden CO₂. Dieser Dichteunterschied kann die Zirkulation unterstützen und den Energiebedarf für Pumpen verringern. Er macht zusätzliche Technik an der Oberfläche jedoch nicht überflüssig und garantiert auch keine niedrigen Betriebskosten.

Ein geschlossener CO₂-Kreislauf verspricht mehrere Vorteile:

• Es muss kein Grundwasser gefördert oder wiedereingepresst werden.
• Der Arbeitsstoff bleibt vom umliegenden Gestein getrennt.
• Einige Probleme mit Ablagerungen und dem Umgang mit mineralhaltiger Thermalsole können entfallen.
• Geothermische Wärme könnte auch in Regionen mit heißem Gestein, aber geringer natürlicher Durchlässigkeit genutzt werden. 613

Das sind Vorteile auf Systemebene, keine Garantie für einen wirtschaftlichen Betrieb. Die Wärme muss weiterhin schnell genug durch das Gestein und die Wände des Bohrlochs fließen, damit die gewünschte Leistung erreicht wird.

Was Zhengzhou bisher erreicht hat

Öffentliche Berichte nennen für das CO₂ eine Eintrittstemperatur von etwa 8 °C und eine Rücklauftemperatur von etwa 22 °C. Im Vergleich zu einem wasserbasierten Ansatz soll die Wärmeentzugsleistung um rund 20 % steigen; zugleich soll der Energieverbrauch pro Einheit Heizleistung um etwa 10 % sinken. Ausgelegt ist das Projekt auf die zentrale Winterversorgung von mehr als 18.000 Quadratmetern Wohnfläche. 3613

Diese Zahlen beschreiben eine nützliche Wärmeanwendung, belegen aber keine Stromerzeugung. Die gemeldete Rücklauftemperatur und die derzeitige Nutzung liegen im Bereich der Gebäudeheizung. Die vorliegenden Quellen zeigen nicht, dass die Anlage Elektrizität erzeugt.

Bei der Bezeichnung „überkritisches CO₂“ ist zudem Vorsicht angebracht. Sie beschreibt das Konzept des Arbeitsmediums und dessen Druck-Temperatur-Zustand innerhalb des Systems. Die öffentlich verfügbaren Betriebsangaben belegen nicht das vollständige Druck- und Temperaturprofil an jedem Punkt unter Tage. Ein Sekundärbericht nennt abweichende Ein- und Austrittstemperaturen. Die häufig wiederholten 8 °C bis 22 °C sollten daher als gemeldete Betriebswerte verstanden werden, nicht als vollständige thermodynamische Beschreibung. 34

Liefert die Technik irgendwann rund um die Uhr Strom?

Geothermische Wärme steht grundsätzlich kontinuierlich zur Verfügung – anders als Wind- und Solarenergie, deren Ertrag von Wetter und Tageslicht abhängt. Ein geschlossener Kreislauf könnte theoretisch verlässlich Wärme und bei höheren Temperaturen auch Strom liefern, wenn er heiß genuges Gestein erreicht und ausreichend viel Arbeitsmedium umwälzt.

Zhengzhou demonstriert dieses Ergebnis noch nicht. Für die Stromerzeugung braucht es einen deutlich höheren nutzbaren Wärmestrom und Temperaturen, die für einen Kraftwerksprozess geeignet sind. Da das Projekt derzeit der Wohnraumheizung dient, würden Aussagen, es habe bereits eine rund um die Uhr verfügbare Geothermie-Stromversorgung bewiesen, über die vorliegenden Belege hinausgehen.

Noch größer ist die wirtschaftliche Frage. Modellierungen deuten darauf hin, dass geschlossene Systeme bei der Wärmeerzeugung wettbewerbsfähige Kosten erreichen können. Für konkurrenzfähige Stromkosten wären in der Regel jedoch deutliche Senkungen der Bohrkosten nötig. Eine weitere Studie kam zu dem Ergebnis, dass simulierte Systeme bei einem Reservoir mit 180 °C selbst mit 30 Seitenästen und einer Förderrate von 75 Kilogramm pro Sekunde möglicherweise nicht ihre Gesamtkosten über die Lebensdauer zurückverdienen.

Warum tiefere U-förmige Bohrungen untersucht werden

Ein einzelner koaxialer Brunnen bietet nur eine begrenzte Wärmeaustauschfläche. Ein tieferes U-förmiges beziehungsweise U-Loop-Design soll diese Fläche vergrößern: Zwei vertikale Bohrungsabschnitte werden durch einen langen horizontalen Abschnitt im heißen Gestein verbunden. Der längere unterirdische Weg schafft mehr Kontakt zur Formation und kann die übertragene Wärmemenge erhöhen.

Damit wird eine zentrale Schwäche von Einbrunnensystemen adressiert. Für eine dauerhaft nützliche Leistung müssen Kontaktfläche, Temperatur und Durchfluss über viele Betriebsjahre ausreichen. Zugleich steigen die Anforderungen an Richtbohrungen, die Risiken bei der Fertigstellung und die Investitionskosten. Die vorliegenden Quellen belegen weder die genaue Tiefe noch Leistung, Bauzustand oder Kosten eines bestimmten tieferen chinesischen U-Projekts. Es sollte daher als Entwicklungsrichtung verstanden werden, nicht als wirtschaftlich bewiesene Lösung.

Die technischen und wirtschaftlichen Hürden

Die entscheidende Herausforderung besteht nicht allein darin, heißes Gestein zu finden. Es geht darum, in großer Tiefe einen langlebigen und leistungsfähigen Wärmetauscher zu bauen – und zwar zu Kosten, die sich durch die verkaufte Wärme oder den erzeugten Strom wieder einspielen lassen.

Zu den wichtigsten Problemen gehören:

• die Kosten tiefer Bohrungen sowie von Richt- und Mehrfachbohrungen,
• eine ausreichend große unterirdische Wärmeübertragungsfläche,
• langfristig dichte und stabile Bohrungen bei hohem Druck und hohen Temperaturen,
• Korrosion, Wärmeverluste und das Verhalten von CO₂,
• die Vermeidung eines thermischen Kurzschlusses zwischen abwärts und aufwärts strömendem Medium,
• Bohranlagen, Bohrmeißel, Mess- und Bohrlochwerkzeuge sowie Werkstoffe für extreme Bedingungen im tiefen Gestein.

Eine Übersichtsarbeit in Nature veranschlagt die Kosten für einen einzelnen Mehrfachbohrungs-Satz in bestimmten Szenarien auf etwa 50 bis 100 Millionen US-Dollar. Ob ein Projekt rentabel wird, hängt demnach sowohl von seiner Leistung als auch von der Nachfrage vor Ort ab. Außerdem beruht die Wärmeübertragung bei geschlossenen Systemen überwiegend auf Leitung durch das Gestein. Das ist langsamer als die Konvektion in einem natürlich fließenden Geothermiereservoir.

Das erklärt, warum Fernwärme möglicherweise früher zu einem kommerziellen Einsatzfeld wird als Strom. Wärme mittlerer Temperatur kann direkt an nahe Gebäude verkauft werden. Ein Kraftwerk benötigt dagegen heißere Ressourcen, höhere Durchflussraten und zusätzliche, teure Umwandlungstechnik.

Was das Eavor-Projekt in Bayern zeigt

Das Eavor-Projekt in Geretsried liefert einen wichtigen Vergleich. Am 4. Dezember 2025 begann die Anlage, Strom aus einem abgedichteten, mehrfach verzweigten geschlossenen Geothermiesystem in das deutsche Stromnetz einzuspeisen – nach den vorliegenden Berichten als erstes kommerzielles Projekt dieser Art.

Für den vollständigen Ausbau werden rund 8,2 Megawatt elektrische und 64 Megawatt thermische Leistung genannt. Die Kreisläufe nutzen lange unterirdische Bohrungen, statt auf ein natürlich ergiebiges Heißwasserreservoir angewiesen zu sein. Im März 2026 war allerdings erst einer von vier geplanten Kreisläufen in Betrieb. Damit ist Geretsried ein wichtiger Beleg für die technische Machbarkeit; der vollständige Ausbau und die Wirtschaftlichkeit bleiben zentrale offene Fragen. 17

Zhengzhou und Geretsried markieren damit zwei Entwicklungsstufen derselben Grundidee: Zhengzhou demonstriert die Nutzung eines abgedichteten CO₂-Kreislaufs für Geothermieheizung, Geretsried die Einspeisung von Strom aus einem geschlossenen Mehrfachbohrungs-System. Keines der beiden Projekte beweist, dass tiefe geschlossene Geothermie kostengünstig, überall einsetzbar oder bereit ist, konventionelle Stromerzeugung im großen Maßstab zu ersetzen.

Fazit

Chinas Projekt in Zhengzhou lässt sich am treffendsten als praktischer Test nach dem Prinzip „Wärme gewinnen, ohne Grundwasser zu fördern“ verstehen. Der 2.500 Meter tiefe Koaxialbrunnen, der abgedichtete CO₂-Kreislauf, die gemeldete Steigerung der Wärmeentzugsleistung um 20 % und die Versorgung von mehr als 18.000 Quadratmetern Wohnfläche zeigen, warum der Ansatz Aufmerksamkeit erhält. 613

Die Technik könnte Geothermie eines Tages an mehr Standorten ermöglichen, weil sie die Wärmegewinnung vom natürlichen Fluss unterirdischen Wassers entkoppelt. Der Weg zu einer verlässlichen Stromversorgung rund um die Uhr ist jedoch deutlich anspruchsvoller. Dafür braucht es größere und tiefere Wärmetauscher, zuverlässige Bohrtechnik für hohe Temperaturen, langfristig stabile Wärmeleistung und wesentlich niedrigere Kapitalkosten. Die bisherigen Daten rechtfertigen vorsichtigen Optimismus – aber noch nicht die Ausrufung eines kommerziellen Durchbruchs im großen Maßstab.