Wärme im Untergrund verpacken
TU Darmstadt entwickelt neue Lösungen für die Wärmewende
22.01.2026 von Anja Störiko
Die Wärme des Sommers speichert die TU Darmstadt in 750 Metern Tiefe, um sie im Winter wieder hervorzuholen: Wie in einer Thermoskanne lässt sich in den tiefen Erdschichten Abwärme zur heißen Jahreszeit für die kalten Monate einlagern, wie Forschende am Fachgebiet Angewandte Geothermie zeigen. Zudem haben sie ein Verfahren patentiert, um Nah- und Fernwärmeleitungen schneller und preiswerter zu verlegen lassen, indem sie die Dämmwirkung des natürlichen Bodens sowie günstige Materialien genutzt werden.
Am Anfang stand nicht die Wärmeleitung, sondern die Kühlung von Kabeln: „Als vor etwa zwanzig Jahren die Diskussion begann, wie die Windkraft aus der Nordsee in den Süden geleitet wird, habe ich mich gefragt, was man eigentlich über die thermische Leitfähigkeit rund um diese Kabel im Untergrund weiß“, erklärt Ingo Sass, Leiter des Instituts für Angewandte Geothermie.
Ein Netzbetreiber genehmigte innerhalb weniger Wochen einen Forschungsantrag zum Wärmetransport im Untergrund. Im Zentrum der Forschung stand die Entwicklung von Baustoffen, die die Wärme dieser großen Kabelstränge ableiten. Nach einigen Jahren kamen die Forschenden auf die Idee, diesen Ansatz für Fernwärmeleitungen umzudrehen: Hier ist es von Interesse, die Wärme im Rohr zu konservieren. „Wir fanden bei unserer Recherche so gut wie keine Forschung dazu“, wundert sich Sass heute noch: „Das erschien mir fast zu einfach und war mir nicht geheuer.“
Das Erdreich dämmt mit
An diesem Punkt kam HIGHEST ins Spiel: Die Mitarbeitenden unterstützten das Team bei der intensiven Patentrecherche. Doktorand Markus Schedel beschreibt den neuen Ansatz: „Wir haben nicht nur die Rohrleitung selbst angeschaut, sondern das gesamte System – die verwendeten Baustoffe und vor allem den umgebenden Boden.“ Denn die Geowissenschaftler:innen wissen: Je nach Struktur kann ein Gestein mit geschlossenen Poren gut dämmen, durch Vernetzungen aber auch stark leiten und damit kühlend wirken. Abhängig davon benötigt eine Fernwärmeleitung möglicherweise (fast) keine oder eine sehr gute Dämmhülle – oder stattdessen einen entsprechenden Bodenaustausch. Dieses Wissen über die natürliche Umgebungsdämmung ermöglicht die Nutzung einfacher Kunststoffleitungen, statt der üblichen teuren, starren und aufwendig vorisolierten Rohre.
Schedel zeigt das auf einem Spaziergang vom Institut zum nahen Versuchsgelände: Dort ragen neuerdings einige Rohre aus dem Boden. „Damit leiten wir Nahwärme vom Kraftwerk am Campus Lichtwiese in die Tiefe“, erklärt Schedel. Oberirdisch sind noch die klassischen dicken Verbundrohre zu sehen: starre Rohrleitungen, die dick in Isolierung und Schutzschicht eingepackt sind und die mindestens alle zwölf Meter mit schwarzen Muffen verbunden sind. Das bedeutet aufwändige Schweißarbeiten und fehleranfällige Verbindungen.
Unterirdisch testen die Forschenden auf dem Campus daher ihr neues System: dünnere und flexible Kunststoffrohre. Diese haben neben dem geringeren Durchmesser den Vorteil, dass sie aufgerollt hunderte Meter lang transportiert werden können. Zudem ermöglichen sie bei geeignetem Gelände das grabenlose Queren von Straßen, Schienen oder Flüssen.
Kosten für Leitungsbau reduzieren
Die Kunststoffrohre werden mit einer Art „Schaumkanone“ in ein stark lufthaltiges Material aus Zement eingebettet, dies zeigt Schedel auf Bildern der kürzlich abgeschlossenen Tiefbauarbeiten. Statt des üblichen Sandbetts kommt drumherum nur der wiederverwendete Erdaushub zum Einsatz, der isolierend wirkt. Das spart die teuren und aufwändigen Transport-, Verlege- und Schweißarbeiten der üblichen wärmegedämmten Verbundrohre. Messeinheiten alle paar Meter entlang der Versuchsleitung erlauben die Datenerhebung unter verschiedenen Bedingungen. Die nach dem etwa einjährigen Testbetrieb vorliegenden umfassenden Betriebsdaten sollen zum Schluss durch eine eingehende Untersuchung des Leitungszustands ergänzt werden.
Der nächste Schritt der Technologieanwendung ist eine ähnliche, jedoch größere, fünf Kilometer lange Fernwärmeleitung in Brandenburg. Dieses Vorhaben wurde gemeinsam mit dem GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, Potsdam beantragt. Hier sollen wichtige Daten zur Kostenersparnis verifiziert werden: im besten Fall bis zu zwei Drittel der Baukosten eingespart werden. Fernwärmenetze sind ein wichtiger Bestandteil der Wärmewende. Aktuell sind 14 Prozent der Haushalte daran angeschlossen; künftig könnte es jeder zweite sein.
Ihre Ideen haben sich Sass und sein Team mit Hilfe von HIGHEST international patentieren lassen. „Ohne die Unterstützung des Gründerzentrums der TU Darmstadt hätten wir nicht die Zeit und Kapazitäten dafür gehabt“, so Sass. Schedel ergänzt: „Die Zusammenarbeit mit HIGHEST war äußerst professionell“.
Aus diesen Erfahrungen heraus gründeten Sass, Schedel und weitere Kollegen Anfang 2024 ein eigenes Ingenieurbüro: Die Geothermie System Consulting GmbH berät, entwickelt und plant Geothermieprojekte. Neben der Erstellung von Gutachten und Prüfberichten plant das Unternehmen konkrete geothermische Anlagen, stellt die Systemintegration sicher und optimiert die Betriebsführung. Erste Kunden sind verschiedene Gemeinden und Stadtwerke.
Die Sommerwärme bis zum Winter speichern
Nur wenige Meter neben der Test-Wärmeleitung glänzen silberne Rohre in der Mittagssonne. Sie führen in 750 Meter Tiefe zum eigentlichen Clou der Anlage, einem Speicher von überschüssiger Energie aus dem Sommer , die in den Wintermonaten zum Heizen genutzt werden kann.
„Noch kommt die Wärme aus dem Blockheizkraftwerk des Campus“, erklärt Schedel. „Künftig sollen Sonnenkollektoren, Rechenzentren, Klimaanlagen und weitere Quellen in den Sommermonaten überschüssige Wärme liefern.“
Sie lässt sich unterirdisch speichern, wie die Zahlen des Forschungsteams belegen: In zukünftigen Ausbaustufen können bis zu 75 Prozent der Wärme sechs Monate später noch aus der Tiefe gewonnen werden und stehen damit im Winter für die Nah- und Fernwärmenetze zur Verfügung. Denn im Untergrund ist die Wärme in großer Tiefe wie in einer Thermosflasche gefangen, so die Fachleute.
Weltweit erster Speicher dieser Art
Die TU Darmstadt besitzt seit 2023 den weltweit ersten Speicher dieser Art von Erdwärme: Drei knapp 18 Zentimeter dicke Rohre führen in einem Abstand von etwa neun Metern bis in eine Tiefe von 750 Metern. Im Idealfall sollen 37 solcher Bohrungen ein stabiles saisonales unterirdisches Wärmepolster bilden.
„Nach etwa zwei bis drei Jahren ist das richtig effizient“, erklärt Sass. Das Gestein zwischen den Rohren muss sich erst vollständig erwärmen. Über eine Wärmeträgerflüssigkeit – ähnlich wie sie bei Solarthermie oder Fußbodenheizung zum Einsatz kommt – wird die Wärme im Sommer in die Tiefe beziehungsweise im Winter nach oben transportiert. Die TU Darmstadt denkt darüber nach, den Speicher auf eine kommerzielle Größe zu erweitern.
„Mit der Abwärme des TUDa-Campus könnten dann auch noch Haushalte in der Umgebung der Lichtwiese versorgt werden“, so Sass. „Und solche Systeme werden wir künftig dringend benötigen, allein um unseren riesigen KI-Rechenhunger bezahlbar zu machen.“
Perspektiven für stillgelegte Bergwerke
Mithilfe von Glasfaserkabeln, die entlang der tiefen Rohrsysteme verlegt sind, messen die Wissenschaftler die Wärmeverluste rund um die Rohre.
„Erdwärmespeicherung funktioniert, das haben wir gezeigt“, so Sass: „Das knallt nicht, stinkt nicht, ist unsichtbar.“ Solche Energiespeicher-Systeme könnten schnell gebaut werden. So sei beispielsweise auch die Nutzung stillgelegter Bergwerke zur Wärmespeicherung möglich. Mit seinem Ingenieurbüro will das Team Planungssoftware und entsprechende Daten zu Verfügung stellen und bei Bedarf die Projekte auch selbst umsetzen. Ein Problem sind die fehlenden Bohrkapazitäten und -firmen sowie das entsprechende Personal.
Die Geothermiker sind überzeugt: „Wir haben jetzt genug Daten, um die Wärmespeicherung und -leitung praktisch umzusetzen – wir müssen nur überzeugen und es machen“.
