Mit Laser und Blitz in die Tiefe: So verändert Hightech die Geothermie

Neue berührungsfreie Bohrtechnologien – wie Hochspannungsblitze, Laser und Millimeterwellen – sollen Geothermie-Bohrungen deutlich schneller, tiefer und kostengünstiger machen als herkömmliche Verfahren.
Unternehmen und Forschungseinrichtungen entwickeln unterschiedliche Ansätze, um Erdwärme effizienter zu erschließen und Geothermie wirtschaftlicher zu machen.
Besonders großes Potenzial bieten sehr tiefe oder vulkanisch aktive Regionen, in denen superkritisches Wasser mit Temperaturen über 374 Grad Celsius vorkommt. Damit könnten Geothermie-Kraftwerke ein Vielfaches der heutigen Leistung erreichen.

Mit mehreren 100.000 Volt Spannung entlädt sich ein Blitz im harten Granit. Das Gestein entwickelt in Bruchteilen einer Sekunde enorme Hitze. Einzelne Brocken lösen sich ab, das Gestein zerbröselt. Das ist der Schlüsselprozess des sogenannten Elektroimpulsverfahrens, mit dem man schneller und günstiger als mit klassischen Bohrmeißeln kilometertief in die Erde vorstoßen kann. In mehrjähriger Forschungsarbeit reifte die Bohrtechnik maßgeblich an der Technischen Universität Dresden heran. Ein kleiner Generator erzeugt die Hochspannungspulse, die von Elektroden ohne direkte Berührung auf das Gestein übertragen werden. Erst zertrümmerten die Hochspannungsblitze Gesteinsproben im Labor. Im Sommer vorigen Jahres folgten Versuche im Rahmen des EU-Forschungsprojekts Deeplight an einer Bohranlage in den Niederlanden.

Tiefe Geothermie: Grundlast-Strom rund um die Uhr

Nutznießer der neuen Bohrtechnik soll die tiefe Geothermie werden. Das Prinzip: Zwischen 150 und mehr als 300 Grad Celsius heißes Wasser gelangt an die Oberfläche; kaltes Wasser wird in einem Kreislauf in den Untergrund gepumpt und dort wie in einem Wärmetauscher aufgeheizt. Daraus erzeugter Dampf treibt Turbinen und Generatoren an, um rund um die Uhr günstigen Grundlast-Strom zu gewinnen.

Die mechanische Bohrtechnik wird bis zum Letzten ausgereizt.“ Volker Wittig, Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien (IEG)

Weltweit zapfen heute mehrere Hundert Geothermie-Kraftwerke die natürliche Erdwärme im Untergrund an. Mit Anlagen in den USA und Kenia, Indonesien und San Salvador, der Türkei und Island summiert sich die globale Leistung auf gut 16.000 Megawatt und die Stromausbeute auf knapp 100 Terawattstunden pro Jahr. Das ist nur ein winziger Teil des verfügbaren Potenzials. Laut Schätzung der Internationalen Energieagentur IEA in Paris könnte es bis 2050 mit 800.000 Megawatt Leistung und 6000 Terawattstunden ein Vielfaches werden. „Technisch ist das möglich“, sagt Volker Wittig, Experte für innovative Bohrverfahren an der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien (IEG) in Bochum. „Die mechanische Bohrtechnik wird damit bis zum Letzten ausgereizt.“ Wer bis in mindestens drei bis fünf Kilometer Tiefe vordringen will, muss mit Kosten zwischen drei bis sechs Millionen Euro rechnen – pro Bohrloch. Bei einem Fehlschlag droht den Betreibern allerdings ein Totalverlust der Investition.

Mit Hochspannungsblitzen und Laserbohrern in den Untergrund

Für geringere Kosten setzt das 2025 gegründete Münchener Startup Telura auf berührungsloses Bohren mit Hochspannungsblitzen und will das Elektro-Impuls-Verfahren schnell zur Einsatzreife bringen. „Jetzt ist der Moment, die wissenschaftlichen Grundlagen in ein System umzusetzen, das mehrere Kilometer unter der Erdoberfläche zuverlässig und kosteneffizient arbeitet“, sagt Telura-Mitgründer Andrew Welling. Das Ziel: Bohrungen zehnmal schneller abteufen als mit bisheriger Technik. Und das zu einem Zehntel der Kosten. Noch in diesem Jahr will das Unternehmen Pilotprojekte auf den Weg bringen. Einige Millionen Euro konnte Telura bei europäischen Investoren und Risikokapitalgebern bereits einsammeln.

Für 2028 haben wir uns einen Kilometer Tiefe zum Ziel gesetzt.“ Max Werner, Hades Mining

Telura ist im Bohrsektor längst nicht das einzige Startup, elektrische Entladungen nicht die einzige neuartige Bohrmethode: Ebenfalls in München ansässig setzt Hades Mining auf Laserbohrer. Kontinuierliches Laserlicht mit hoher Leistung von rund 200 Kilowatt heizt das Gestein binnen Millisekunden auf. Durch diese schockartige Hitze entstehen Mikrorisse, und das Gestein zerbröselt. „Im Labor hat das in Granit sehr gut geklappt“, sagt Hades-CEO Max Werner. Dabei erreichte der Laserbohrer – hochgerechnet – ein Tempo von 38 Metern pro Stunde. Zum Vergleich: In der gleichen Zeit durchdringen Bohrköpfe mit Diamantbesatz hartes Gestein bestenfalls wenige Meter. Ende dieses Jahres plant Werner einen ersten Feldtest, bei dem er zehn Meter durch Gestein bohren will. Der Laser selbst bleibt dabei an der Oberfläche. Nur ein daumendicker Wellenleiter führt die Laserpulse ins Bohrloch bis zum Gestein. „Für 2028 haben wir uns einen Kilometer Tiefe zum Ziel gesetzt“, so Werner. Der Hades-Laserbohrer – Cerberus getauft – soll nicht nur für Geothermie-Bohrungen eingesetzt werden. Auch die Erschließung von Lagerstätten zur Gewinnung von Seltenen Erden hat das Unternehmen im Blick.

Kosten sollen auf ein Fünftel bis ein Zehntel sinken

Das slowakische Bohrunternehmen GA Drilling will dagegen hartes Tiefengestein mit elektrischen Entladungen zertrümmern. Es zeigt dabei viele Parallelen zum Ansatz von Telura. Elektroden erzeugen ebenfalls gepulste Hochspannungsblitze bei 480.000 Volt. Dabei entsteht ein Plasma-Kanal aus ionisierter Materie im Gestein. Es heizt sich entlang des Kanals auf etwa 6000 Grad Celsius auf und wird von innen heraus zerstört. Laborversuche und Demonstrationen an Gesteinsproben verliefen bereits erfolgreich, ein realer Feldeinsatz mit dem Plasma-Modul an der Spitze eines mechanischen Bohrers wird derzeit vorbereitet. Diese Kombination soll die Bohrkosten drastisch auf ein Fünftel bis ein Zehntel senken und sogar tiefer als fünf Kilometer in den Erdboden vordringen können.

Geothermie: Rekordbohrung in Texas

In noch größere Tiefen bis 20 Kilometer will das US-Unternehmen Quaise Energy gelangen, eine Ausgründung des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Bei dessen Bohrmethode erzeugt ein sogenanntes Gyrotron mit einer Leistung von bis zu einem Megawatt hochfrequente Millimeterwellen. Ursprünglich wurde die Methode für den Einsatz in Fusionsreaktoren entwickelt, in denen die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium für die Stromgewinnung genutzt werden soll. Quaise Energy leitet die Millimeterwellen jedoch durch einen Wellenleiter in ein Bohrloch. Treffen sie dort auf hartes Gestein, wird es bei mehr als 1500 Grad Celsius geschmolzen und teils verdampft.

Wir bohrten in einem Granitsteinbruch in Texas ein Rekordloch von 118 Meter Tiefe.“ Marco Quilico, Quaise Energy

Nach vielen Laborversuchen gelang im Sommer 2025 der Durchbruch: „Nach Experimenten an einem nur zwei Zoll dicken Pflasterstein bohrten wir in einem Granitsteinbruch in Texas ein Rekordloch von 118 Meter Tiefe“, sagt Projektmanager Marco Quilico. Bis Ende dieses Jahres sollen die Millimeterwellen noch tiefer bohren. Von bis zu vier Kilometern ist die Rede. Und für 2030 plant Quaise Energy gar ein eigenes 50-Megawatt-Geothermie-Kraftwerk: Project Obsidian. Im Bundesstaat Oregon könnten dann zwei Bohrungen etwa fünf Kilometer tief reichen, um mindestens 300 Grad heißes Wasser an die Oberfläche zu fördern. Noch ist offen, ob das ehrgeizige Ziel tatsächlich erreicht wird. „Grundsätzlich bieten all diese berührungsfreien Bohrmethoden einen erheblichen Vorteil“, sagt Fraunhofer-Forscher Wittig. So brauchen sie insgesamt weniger Energie, um ans Ziel zu kommen, und reduzieren deutlich den Werkzeugverschleiß. „Doch bislang haben sie ihre zuverlässige Anwendungsreife im Feldeinsatz nicht belegt“, sagt er.

Fracking-Methode für Erdwärme in Nevada getestet

Große Fortschritte für effiziente Geothermie-Kraftwerke gibt es dennoch. In Clark County im US-Bundesstaat Nevada trieb das Unternehmen Fervo Energy schon 2023 mit herkömmlicher, mechanischer Technik zwei Bohrungen 2400 Meter tief in den Wüstenboden. Zusätzlich profitierte es bei Project Red von den Erfahrungen, die die Gasindustrie in den vergangenen Jahrzehnten bei der Erschließung von Schiefergas-Vorkommen gewonnen hatte. So drangen die Bohrköpfe erst senkrecht in den Boden, aber in tiefen Schichten ließen sie sich gezielt in die Horizontale umlenken. Unter hohem Druck eingeleitete Flüssigkeit verursachte im Gestein zahlreiche Risse. Diese Fracking-Methode vergrößerte die Bereiche, in dem später injiziertes kaltes Wasser durch die Erdwärme aufgeheizt wurde.

Nach 600 Betriebstagen zog Fervo Energy Bilanz: Dank der auf den Fracking-Erfahrungen aufbauenden EGS-Technologie – kurz für Enhanced Geothermal System – wurden über die gesamte Betriebszeit pro Sekunde durchschnittlich 36 Liter bis zu 175 Grad heißes Wasser gefördert. Damit erreichte das Pilotkraftwerk an der Oberfläche nahezu ohne Unterbrechung eine Leistung von 2,1 Megawatt. Nach diesem Erfolg arbeitet Fervo Energy nun an weitaus größeren EGS-Projekten. Im Bundesstaat Utah trieb das Unternehmen gut zwei Dutzend Bohrlöcher bis in knapp 5000 Meter Tiefe und erzeugte mittels Fracking etliche Gesteinsrisse im Untergrund. Testmessungen zeigten Wassertemperaturen von bis zu 290 Grad Celsius bei Durchflussraten von rund 100 Litern pro Sekunde. Die Bohrungen bilden die Grundlage für eines der größten Geothermie-Kraftwerke der Welt. Bis 2028 soll es schrittweise ausgebaut werden und eine Leistung von 2000 Megawatt erreichen – und damit genug fossilfreien Strom für rund zwei Millionen Haushalte in Utah liefern.

Solaris: Im Weltraum gewonnene Solarenergie will die ESA drahtlos zur Erde übertragen.

Alternative Energiegewinnung Strom aus Rost und Solarkraftwerke im All: Wie zukünftige Energiegewinnung aussehen könnte Weltweit entwickeln Forschungsteams neue Verfahren zur Energiegewinnung. Strom aus Rost, Wärme aus der Tiefe und Solarkraftwerke im All...

50 Megawatt Leistung aus nur einem Bohrloch

Doch es geht noch heißer und effizienter als im Wüstenboden Utahs. Geothermie-Kraftwerke könnten – theoretisch – mit einer einzigen Bohrung bis zu zehnmal mehr Strom erzeugen als bisher. Die Ursache liegt in den physikalischen Eigenschaften des Wassers: Wird es bei einem Druck von mindestens 220 bar auf mehr als 374 Grad Celsius erhitzt, geht es in den sogenannten superkritischen Zustand über. Dann ist es weder eindeutig flüssig noch gasförmig, sondern bildet ein superkritisches Fluid. Dieses Fluid hat einen deutlich höheren Wärmeinhalt als flüssiges Wasser und strömt dank der niedrigeren Viskosität viel leichter. Zudem entsteht durch den geringeren Druck an der Oberfläche Dampf für den Antrieb von Turbinen und Generatoren. Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass ein Bohrloch ausreichen könnte, um ein Geothermie-Kraftwerk mit bis zu 50 Megawatt Leistung zu betreiben. Anlagen mit sehr heißem und nicht superkritischem Wasser liegen bestenfalls bei fünf Megawatt.

Doch hat die Sache einen Haken. Diese Temperaturen und Drücke werden in der Erdkruste erst nahe der sogenannten spröd-duktilen Übergangszone erreicht, in der das Gestein wegen der großen Hitze wieder etwas aufweicht. Meist liegt diese Zone in 15 bis 20 Kilometer Tiefe – zu tief für heute verfügbare Bohrmethoden. Doch es gibt Ausnahmen. In vulkanisch aktiven Zonen kommt das heiße Gestein der Oberfläche viel näher. Dort reichen Bohrungen in drei bis fünf Kilometer Tiefe, um die superkritischen Bedingungen zu erreichen.

Erdwärme aus dem Vulkan auf Island

Die Idee ist, den Druck vom Kessel zu nehmen und zusätzlich die riesige Energiemenge zu nutzen." Volker Wittig, Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien (IEG)

Auf der Vulkaninsel Island drang 2009 eine Bohrung – völlig ungeplant – bereits in 2,1 Kilometer Tiefe bis zur Magmakammer des Vulkans Krafla vor. Sieben Jahre später folgte zu Forschungszwecken im Rahmen des Iceland Deep Drilling Project (IDDP) eine zweite, knapp fünf Kilometer tiefe Bohrung im Reykjanes-Vulkansystem. Mit dem Forschungsprojekt wollte man den Übergang vom festen Gestein zum flüssigen Magma besser verstehen lernen.

Aktuell wird das Krafla Magma Testbed (KMT) – das weltweit erste Magma-Observatorium – vorangetrieben, um schon sehr bald gezielt ins Magma eines aktiven Vulkans zu bohren. Denn prinzipiell könnten solche Bohrungen in Zukunft auch Vulkanausbrüchen vorbeugen. „Die Idee ist, den Druck vom Kessel zu nehmen und zusätzlich die riesige Energiemenge zu nutzen“, erläutert Volker Wittig. Aktuell laufen die Planungen für eine ähnlich tiefe, dritte Bohrung im Hengill-Vulkansystem. Verläuft sie erfolgreich, soll dort ein Geothermie-Kraftwerk mit mindestens 400 Grad Celsius heißem superkritischem Wasser betrieben werden. „Solche Projekte bilden die Champions League der Geothermie der Zukunft“, sagt Wittig.

Pioniere: Zwei Windkraftanlagen betreibt der staatliche Stromkonzern Landsvirkjun derzeit, nächstes Jahr kommen 28 Windturbinen dazu.

Globale Bestandsaufnahme So geht Energiewende: Island Wasserkraft und Geothermie versorgen Island mit Strom. Die größten Verbraucher sind Aluminiumhütten.

Vulkan-Projekte in Japan und Neuseeland

In dieser Liga spielt auch Japan, gelegen auf dem sogenannten Pazifischen Feuerring. Auf der vulkanisch aktiven Zentralinsel Honshu laufen die Vorbereitungen für das Japan Beyond-Brittle Project. In drei bis vier Kilometer Tiefe werden dort Temperaturen von 400 bis 500 Grad Celsius erwartet. Ab 2030 könnten erste Testbohrungen abgeteuft werden. Auf Neuseeland fokussiert sich das Projekt Hotter and Deeper auf die heißen Tiefengesteine um den Vulkan Taupō. 2027 könnten erste, bis zu sechs Kilometer tiefe Bohrungen in eine bis zu 500 Grad Celsius heiße Zone vorstoßen.

Weiter ist das US-amerikanische Projekt am Newberry-Vulkan in Oregon: Das Unternehmen Mazama Energy wies in 3,2 Kilometer Tiefe bereits eine Temperatur von 331 Grad Celsius nach. Ein Pilotkraftwerk mit 15 Megawatt Leistung ist für dieses Jahr geplant. Parallel wird eine noch einen Kilometer tiefere Bohrung vorbereitet, um bei etwa 400 Grad Celsius in den superkritischen Bereich vorzustoßen. Die Newberry-Vulkanregion hat auch Quaise Energy für sein Project Obsidian gewählt. Dann wird sich im direkten Vergleich zeigen, ob die neuartige Millimeterwellen-Technologie mit herkömmlichen Bohrmethoden mithalten oder sie gar überflügeln kann.