Gesamtpunktzahl: 15 Punkte Bearbeitungszeit: ca. 15 Minuten

Maximal: 6 Punkte

Der Prüfling beschreibt den Kreislauf einer Geothermieanlage:

1. Heißes Wasser wird aus tiefen Gesteinsschichten über eine Förderbohrung an die Oberfläche gepumpt. (2 Punkte)
2. Die Wärmeenergie wird im Wärmetauscher auf ein anderes System übertragen. (1 Punkt)
3. Die gewonnene Wärme kann zur Stromerzeugung oder Fernwärmeversorgung genutzt werden. (2 Punkte)
4. Das abgekühlte Wasser wird über eine Injektionsbohrung wieder in den Untergrund zurückgeführt. (1 Punkt)

• Energie wird nicht erzeugt, sondern umgewandelt (Energieerhaltung).
• Die Anlage arbeitet in einem geschlossenen Kreislauf.

Maximal: 5 Punkte

Der Prüfling nennt jeweils zwei Vorteile und zwei Risiken und erläutert diese kurz.

• geringe CO₂-Emissionen, da keine fossilen Brennstoffe verbrannt werden (1,5 Punkte)
• dauerhaft verfügbare Energiequelle, da Wärme aus dem Erdinneren kontinuierlich vorhanden ist (1,5 Punkte)
• unabhängig von Wetterbedingungen
• regionale Nutzung möglich

• Wasserverschmutzung durch austretende Stoffe (1 Punkt)
• Druck- oder Temperaturveränderungen im Untergrund (1 Punkt)
• Ablagerungen in Rohren und Anlagen
• mögliche Mikro-Erdbeben

Punkte werden vergeben, wenn:

• Vorteil oder Risiko korrekt benannt wird
• eine kurze physikalische oder technische Erklärung erfolgt

Maximal: 4 Punkte

Gegeben:

Temperaturgradient = 3 °C pro 100 m

Tiefe:

3000 m

3000 m = 30 × 100 m

Temperaturanstieg:

30 × 3 °C = 90 °C

Physiklehrer lieben Transferfragen. Dabei geht es nicht mehr nur um das Poster, sondern darum, ob das zugrunde liegende physikalische Prinzip verstanden wurde. Beim Thema Geothermie sind besonders drei Konzepte interessant:

• Energieumwandlung
• Wirkungsgrad
• Vergleich mit anderen erneuerbaren Energien

Hier sind drei typische Transferaufgaben mit Lösung, wie sie in einer Klausur vorkommen könnten.

Zeit: ca. 4 Minuten Punkte: 4

Aufgabe

Beschreibe die Energieumwandlungen bei der Stromerzeugung durch Geothermie.

Die Wärmeenergie aus dem Erdinneren erhitzt Wasser oder ein Arbeitsmedium.

1. thermische Energie (Erdwärme)
2. → Bewegungsenergie des Dampfes
3. → mechanische Energie der Turbine
4. → elektrische Energie im Generator

Zeit: ca. 4 Minuten Punkte: 4

Aufgabe

Erkläre einen wichtigen Unterschied zwischen Geothermie und Solarenergie.

Geothermie ist unabhängig vom Wetter und von Tageszeiten, da die Wärme im Erdinneren ständig vorhanden ist.

Solarenergie hängt dagegen von:

• Sonneneinstrahlung
• Tageszeit
• Wetterbedingungen

ab.

Zeit: ca. 4 Minuten Punkte: 4

Aufgabe

Warum kann Geothermie trotz Wärmeentnahme aus dem Erdinneren langfristig genutzt werden?

Die Wärme im Erdinneren wird ständig nachgeliefert durch:

• radioaktive Zerfallsprozesse im Gestein
• Wärme aus tieferen Erdschichten

Bei nachhaltiger Nutzung wird außerdem das abgekühlte Wasser wieder in den Untergrund gepumpt, wodurch ein Kreislauf entsteht.

Ein kleiner didaktischer Hinweis: Diese Aufgaben prüfen unterschiedliche Denkebenen:

• Reproduktion → Funktionsweise erklären
• Analyse → Vorteile/Risiken
• Transfer → physikalische Prinzipien anwenden

Genau so werden naturwissenschaftliche Leistungen meist strukturiert bewertet.

Der nächste sinnvolle Schritt wäre, eine typische „fiese Lehrerfrage“ zu formulieren, die oft kommt: Warum kann eine Geothermieanlage theoretisch den Boden lokal abkühlen – und was bedeutet das für Nachhaltigkeit?