Wie Kenia seinen Nachbarn beim Ausbau von geothermischer Energie hilft.

Die staubige Stadt Naivasha liegt im Great Rift Valley, wo der afrikanische Kontinent in zwei Teile gespalten wird. Etwa 90 Kilometer nordwestlich von Kenias Hauptstadt Nairobi begrüßt Naivasha jedes Jahr viele Touristen, die zum Hell's Gate National Park wandern. Die Kräfte, die die afrikanische tektonische Platte auseinanderreißen, haben die steilen Klippen, steilen Täler und welligen Hügel der Gegend geformt - eine raue Landschaft, die als Kulisse für Disneys Der König der Löwen diente.

Diese Kräfte haben Naivasha auch zur Frontlinie der geothermischen Energiewirtschaft Kenias gemacht.

Das erste geothermische Bohrloch des Landes wurde dort in den 1950er Jahren gebohrt. Bis 1981 hatte Kenia sein erstes geothermisches Kraftwerk, das eine erneuerbare Ressource nutzt, die die tief in der Erde erzeugte Wärme anzapft. Heute sind Naivashas Olkaria-Geothermieprojekt sowie eine kleine Anlage an einem anderen Standort in der Lage, bei voller Leistung 963 Megawatt Strom zu erzeugen.

Kenia belegte Ende letzten Jahres den siebten Platz auf der Liste der führenden Geothermieländer der Welt. Geothermie macht 47 Prozent der gesamten Energieproduktion des Landes aus - ein Prozentsatz, der weiter wächst. Der einzige andere Produzent von Geothermieenergie in Afrika, Äthiopien, nahm 1998 die Produktion auf und hat eine installierte Kapazität von nur 7,5 Megawatt.

Aber das regionale Interesse wächst, besonders da Afrika bis 2030 universellen Zugang zu Energie gemäß den nachhaltigen Entwicklungszielen der Vereinten Nationen anstrebt. Etwa 43 Prozent der Bevölkerung des Kontinents, das sind etwa 600 Millionen Menschen, haben keinen Zugang zu Elektrizität. Eine Analyse von 2021 des Beratungsunternehmens Dalberg in Partnerschaft mit der UN zeigt, dass das Potenzial erneuerbarer Energien ausreicht, um den Energiebedarf Afrikas auch in Zukunft zu decken, jedoch wären die Anfangskosten höher als wenn fossile Brennstoffe verwendet würden, um diesen Energiebedarf zu decken.

Wenn afrikanische Länder erneuerbare Energien zur Erfüllung ihrer Stromziele verwenden, wären die Anfangskosten 1,5 Billionen US-Dollar, etwa 50 Prozent mehr als die 1 Billion US-Dollar, die fossile Brennstoffe erfordern würden, sagt James Mwangi, ehemals bei Dalberg und Gründer der Gruppe Climate Action Platform for Africa. Aber dank niedrigerer Betriebs- und Wartungskosten rechnen sich erneuerbare Energien schließlich. In einem Szenario der Dalberg-Analyse würde eine zukünftige stärkere Nutzung erneuerbarer Energien etwa 13 Jahre dauern, um mit einer Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen wirtschaftlich gleichzuziehen.

Mit dem Einsatz erneuerbarer Energien, so Mwangi, "könnte Afrika den universellen Zugang zu Energie schneller erreichen und letztendlich die niedrigsten Energiekosten der Welt haben". Die lokale Natur erneuerbarer Energiequellen im Vergleich zu oft importiertem fossilem Brennstoff könnte auch die Energiesicherheit und Unabhängigkeit verbessern.

In Ostafrika ist die Geothermie eine attraktive Option. Sie ist reichlich vorhanden dank des Ostafrikanischen Riftsystems, das Wärme an die Oberfläche bringt. Wie andere erneuerbare Energien wie Wind und Sonne emittiert Geothermie kein Kohlendioxid. Und sie hat zusätzliche Vorteile. "Geothermische Energie ist zuverlässig", sagt Anna Mwangi, leitende Geophysikerin bei der Kenya Electricity Generating Company, oder KenGen, der staatlichen Einrichtung, die Olkaria betreibt (und nicht verwandt ist mit James Mwangi). Geothermische Quellen sind Tag und Nacht verfügbar und hängen nicht von Sonne, Wind oder Regen ab. Daher ist geothermische Energie möglicherweise gegenüber dem Klimawandel widerstandsfähiger als einige andere erneuerbare Energien.

Der Aufbau von Geothermie-Kraftwerken erfordert jedoch mehr Geld und spezialisiertes Know-how als andere erneuerbare Energien. Und wie jedes Entwicklungsprojekt kann es soziale Kosten wie die Vertreibung von Menschen von ihrem Land mit sich bringen.

Aufgrund seiner langjährigen Erfahrung unterstützt Kenia nun seine Nachbarn. "Wir bieten den Ländern in der Region technische Unterstützung an, um ihnen bei der Entwicklung ihres geothermischen Potenzials zu helfen", sagt Anna Mwangi. KenGen hat bereits mehrere geothermische Bohrlöcher in Äthiopien und Dschibuti gebohrt.

Weltweit werden geothermische Ressourcen oft entlang der Grenzen tektonischer Platten gefunden, wie zum Beispiel rund um den Pazifikring des Feuers. In Afrika existieren eine Vielzahl geothermischer Ressourcen an einer neuen Grenze: dem Ostafrikanischen Riftsystem. Der genaue Beginn des Systems ist nicht klar definiert; es hat seinen Ursprung auf der Arabischen Halbinsel, bevor es südlich entlang des Roten Meeres und in Dschibuti verläuft. Während es in Afrika nach Süden verläuft, verzweigt sich die Grabenzone in zwei Arme: Der östliche Arm endet an der Grenze zwischen Kenia und Tansania, während der westliche Arm weiter nach Süden geht und über 10 Länder auf einer Strecke von 6.400 Kilometern bis nach Mosambik führt.

Seit Millionen von Jahren wird die Afrikanische Platte in entgegengesetzte Richtungen gezogen, mit einer Geschwindigkeit von wenigen Zentimetern pro Jahr. Schließlich wird diese Dehnung Afrika in zwei separate Kontinente spalten und zwei tektonische Platten schaffen: die Nubische Platte im Westen und die Somalische Platte im Osten.

Das Dehnen führt auch dazu, dass Magma an verschiedenen Stellen entlang des Riftsystems aufsteigt. Ein solcher Ort ist Olkaria in Naivasha. Unter der Oberfläche erhitzt das geschmolzene Gestein das Grundwasser. Brunnen fördern dieses heiße Wasser und den Dampf nach oben. Wenn der Dampf unter hohem Druck genutzt wird, um Turbinen anzutreiben, erzeugt er Strom. Das heiße Wasser wird dann wieder in den Boden injiziert, um die unterirdische Wasserversorgung aufzufüllen.

Es gibt keine umfassende Schätzung, wie viel Gesamtenergie Ostafrika aus geothermischen Quellen gewinnen könnte. Experten schätzen jedoch, dass Kenia und Äthiopien jeweils 10.000 Megawatt erzeugen könnten. Das ist etwa das Dreifache der installierten Gesamtkapazität von Kenias Stromversorgung und doppelt so viel wie Äthiopien.

Die weltweit installierte Kapazität zur Stromerzeugung aus geothermischer Energie beträgt 16.000 Megawatt. Im Jahr 2022 belegte Kenia den siebten Platz auf der Liste der führenden Geothermie-Länder. Quelle: ThinkGeoEnergy Research 2023

Vereinigte Staaten: 3.794 Indonesien: 2.356 Philippinen: 1.935 Türkei: 1.682 Neuseeland: 1.037 Mexiko: 963 Kenia: 944* Italien: 944 Island: 754 Japan: 621

*Die Angaben von ThinkGeoEnergy über Kenias installierte Kapazität weichen geringfügig von denen von KenGen ab.

Zurzeit ist es vor allem Kenia - einer der am schnellsten wachsenden Spieler in der Geothermie-Branche weltweit - der diese Tiefenwärme nutzt. Zusätzlich zu Olkaria gibt es ein kleines Kraftwerk im nahegelegenen Eburru-Geothermalfeld, das 2,4 Megawatt Strom erzeugen kann. Weiter im Norden wird in diesem Jahr ein 35-Megawatt-Kraftwerk im Menengai-Geothermalfeld in Betrieb genommen, und ein weiteres ist in Entwicklung.

Der verstärkte Einsatz von geothermischer Energie in den letzten Jahren erfolgt, da Dürren einige der Wasserkraftquellen Kenias reduziert haben. Da Regenfälle und Temperaturen aufgrund des Klimawandels voraussichtlich unbeständiger und extremer werden, könnte geothermische Energie die verlässlichere Option sein, sagt Anna Mwangi.

Geothermische Kraftwerke können bis zu 90 Prozent der Zeit mit maximaler Leistung betrieben werden, wenn man Ausfallzeiten aufgrund von Wartungsarbeiten berücksichtigt, sagt François Le Scornet, Präsident und Senior Market Intelligence Consultant bei Carbonexit Consulting in Frankreich. Das ist vergleichbar mit einem Kernkraftwerk und etwa doppelt so zuverlässig wie ein fossiles Kraftwerk oder ein Windpark (und viermal so gut wie Solarenergie). Tatsächlich sind in Kenia die Stromausfälle mit dem Aufkommen der Geothermie gesunken, so ein im Februar veröffentlichter Bericht der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien und der Internationalen Geothermie Vereinigung.

Das kochend heiße Wasser und der Dampf, die aus einem Geothermie-Bohrloch aufsteigen, können nicht nur Strom erzeugen, sondern auch eine direkte Wärmequelle sein. Die Oserian-Blumenfarm in der Nähe von Naivasha leitet beispielsweise Wasser ein, um ein Gewächshaus in der Nacht zu erwärmen. Die Wärme trocknet die Luft aus, um zu verhindern, dass Pilze die Rosen, Nelken und andere Blumen zerstören, die für Sträuße auf der ganzen Welt bestimmt sind. In Olkaria können sich Touristen, die nach einem langen Tag der Erkundung von Hell's Gate Entspannung suchen, im geothermischen Spa in der Nähe des Kraftwerks entspannen.

Es bedarf eines Teams von Spezialisten, um die Eignung eines Standorts für geothermische Ressourcenexploration festzustellen. Mindestens erforderlich sind das Vorhandensein von Grundwasser, hohe Temperaturen - oft um oder über 150 °C - und durchlässiges Gestein, das es ermöglicht, dass heißes Wasser und Dampf in Förderbohrungen fließen, sagt Mohamed Abdel Zaher, Geophysiker am Nationalen Forschungsinstitut für Astronomie und Geophysik in Kairo.

Bestimmte visuelle Merkmale an der Oberfläche können einen ersten Hinweis geben. Heiße Quellen, heiße Schlammpfützen, Geysire und sogar aufsteigender Dampf sind Anzeichen für geothermische Aktivität. Ein weiterer Hinweis ist das Vorhandensein bestimmter Gesteine wie Travertin oder Mineraladern wie Quarz, die auf eine durch Interaktion mit heißem Wasser verändertes Gestein hinweisen.

In Olkaria war der Hinweis darauf, dass die Umgebung ringförmig wie eine Caldera, ein eingestürzter Vulkan, ist. Eine Reihe von jüngeren vulkanischen Kuppeln scheinen in die Caldera einzudringen.

Wenn die Oberflächenmerkmale vielversprechend aussehen, werden Geochemiker hinzugezogen, um Fluid- und Gasproben zu analysieren und zu schätzen, wie tief und heiß die Wärmequelle sein könnte und wohin die Fluide fließen. Seismometer könnten eingesetzt werden, um die Brüchigkeit des tieferen Gesteins zu ermitteln. Es ist wichtig, dass das Gestein durchlässig ist, aber stark genug, um der Wechselwirkung von kaltem Wasser standzuhalten, das von unten durch das Magma erhitzt wird.

Wenn all diese Daten vielversprechend aussehen, beginnt die Explorationsbohrung, und wenn alles gut geht, folgt eine Förderbohrung und schließlich ein vollwertiges Kraftwerk.

Zaher und seine Kollegen haben kürzlich ein Projekt abgeschlossen, das Experten auf dem gesamten Kontinent dabei helfen könnte, potenzielle geothermische Ziele zu identifizieren, bevor teure Erkundungen vor Ort beginnen. "Es ist ziemlich schwierig, die genaue Leistung oder Elektrizität vorherzusagen, die für ganz Afrika erzeugt werden kann", sagt er. Aber seine Gruppe hat eine Reihe geologischer, seismischer und anderer geophysikalischer Daten in ein geografisches Informationssystem integriert, um die vielversprechendsten Stellen für die geothermische Erkundung vorherzusagen. Die resultierende Karte identifiziert 14 Gebiete mit hohem geothermischem Potenzial, berichtete das Team im vergangenen Jahr in der Fachzeitschrift Geothermal Energy.

Eine kürzlich durchgeführte Analyse hat 14 Gebiete in Afrika mit hohem Potenzial für die Entwicklung von Geothermie identifiziert. Die meisten dieser Standorte befinden sich im Ostafrikanischen Grabensystem.

1. Nördlichstes Afrika2. Golf von Suez, Golf von Aqaba (Ägypten)3. Zugang zum Roten Meer4. Liberia und Elfenbeinküste5. Dschibuti6. Großer Äthiopischer Graben7. Kenianischer Graben8. Albertsee-Graben (DR Kongo und Uganda)9. Kivu-See-Graben10. Tansanischer Graben11. Nordmalawi12. Zentralsambia13. Botswana/Südafrika-Grenze14. Namibia

Nicht überraschend befinden sich viele dieser Standorte im Ostafrikanischen Grabensystem, aber auch im Norden Afrikas in Marokko, Algerien und Tunesien sowie in Liberia, Namibia, Sambia und Südafrika existiert ein hohes Potenzial. In vielen dieser Länder sind die tektonischen Bedingungen so, dass die Nutzung von geothermischer Energie für direkte Heizzwecke - wie es auf der Oserian Blumenfarm geschieht und in verschiedenen Bereichen, einschließlich industrieller Verarbeitung, angewendet werden könnte - möglicherweise realisierbarer ist als die Stromerzeugung, sagt Zaher.

KenGen hat die geothermische Erkundung in mehreren Nachbarländern vor Ort geleitet. Neben den Bohrungen in Äthiopien und Dschibuti wurden Oberflächenuntersuchungen zur Identifizierung potenzieller geothermischer Ressourcen in Sudan, Uganda, Ruanda, Tansania, Sambia und den Komoren, vor der Küste von Mosambik, durchgeführt, sagt Anna Mwangi.

Zusätzlich trainiert KenGen - in Zusammenarbeit mit dem in Island ansässigen GRÓ Geothermal Training Programme und der kenianischen Geothermal Development Company - Universitätsstudenten, Energieexperten und Regierungsbeamte in Ostafrika in der Erkundung und Entwicklung geothermischer Ressourcen sowie in der Finanzierung und Verwaltung von Kraftwerken. Mit Unterstützung der Weltbank richtet Kenia auch das Geothermal Centre of Excellence ein, das in ein paar Jahren Fachleute in der Region ausbilden wird, sagt Mwangi.

Genaue Schätzungen des geothermischen Energiepotenzials liegen nicht für alle ostafrikanischen Länder vor, aber die vorhandenen Schätzungen deuten auf Wachstumspotenzial hin.

Auch mit dem richtigen Fachwissen kann es mehrere Jahre dauern, von der Erkundung zur geothermischen Energieerzeugung überzugehen. Tatsächlich kann es selbst nach dem Bohren eines Brunnens noch ein Jahrzehnt oder länger dauern, bis ein Kraftwerk in Betrieb geht. Finanzielle Einschränkungen können eine Hürde darstellen.

Damit waren kenianische Ingenieure 2012 konfrontiert, sagt Mwangi. Die Bohrungen waren bereits erfolgt, aber es fehlte immer noch die Finanzierung für den Bau von Kraftwerken, um Strom mit voller Kapazität zu erzeugen.

Dies eröffnete einen Raum für Experimente. In der Regel wird ein Kraftwerk von mehreren Brunnen aus in unterschiedlicher Entfernung mit Wasser und Dampf versorgt. Aber ein neuer Ansatz mit Brunnenkopf, der nirgendwo auf der Welt umgesetzt wurde, ermöglichte in der Zwischenzeit die direkte und schnelle Stromerzeugung aus einem einzigen Brunnen zu geringen Kosten.

Sobald ein dauerhaftes Kraftwerk bereit ist, kann die Brunnenkopf-Installation demontiert und an einen anderen Brunnen für denselben Zweck gebracht werden. Auf diese Weise wurden in Kenia bereits 85 Megawatt Strom erzeugt. "Solche brunnenbasierten Kraftwerke ermöglichen uns den frühen Generationsvorteil und generieren in der Zwischenzeit Einnahmen", sagt Mwangi. "Andernfalls wären diese Produktionsbrunnen weiterhin verschlossen geblieben und hätten auf den Bau und die Inbetriebnahme eines neuen Kraftwerks gewartet."

Auch wenn das Interesse und die Expertise für geothermische Energie in Ostafrika wachsen, bleiben finanzielle Einschränkungen ein Hindernis. In Kenia kann ein einzelner geothermischer Brunnen ca. 6 Millionen US-Dollar kosten, und der Bau eines etwa 165-Megawatt-Kraftwerks kann weitere 300 Millionen US-Dollar kosten.

"Die anfänglichen Kapitalkosten sind bei Geothermie hoch, aber die Betriebskosten sind begrenzt", sagt Le Scornet, der Energieberater.

Der weltweite Levelized Cost of Electricity (LCOE) für eine neue Geothermieanlage betrug im Jahr 2021 durchschnittlich 0,068 US-Dollar pro Kilowattstunde, laut der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien. Der LCOE ist der niedrigste Preis, zu dem Strom für ein Energieprojekt verkauft werden kann, um kostendeckend zu sein. Die Zahl berücksichtigt die Lebenszykluskosten vom Bau eines Kraftwerks bis zur Betriebs- und Wartungsdauer.Geothermal’s LCOE is about 40 percent higher than a new hydropower project or solar photovoltaic array, which have an LCOE of $0.048 per kilowatt-hour. An onshore wind farm is about half as expensive, at $0.033 per kilowatt-hour, but geothermal energy is slightly less costly than an offshore wind farm’s $0.075 per kilowatt-hour. (For context, Kenya’s per capita energy consumption in 2019 was about 168 kilowatt-hours, according to the U.N.)

Le Scornet says that stable financing mechanisms are needed to provide stability and reduce actual and perceived project risks. To tackle this challenge, the Geothermal Risk Mitigation Facility, funded by the European Union and the African Union, was set up in 2012 to cofinance surface studies and drilling programs.

“Support from project partners like the EU, for instance, and the African Development Bank can be instrumental, especially in countries with high debt levels and where competition with alternative projects presents obvious challenges for the development of new geothermal projects,” Le Scornet says.

But not all costs are purely financial. Kenya’s Olkaria project demonstrates one of the social costs. In developing and expanding the project over time, some members of the local Maasai community, a seminomadic pastoralist group, have been removed from their land, says Ben Ole Koissaba, lead consultant for Rarin Consulting Services, which champions for the land rights of Indigenous communities. Relocated people “have been cut off from the rest of the community,” says Koissaba, who is a member of the Maasai. And some of the housing built for them has not been culturally appropriate, he says.

While some of the Maasai consider the displacement an outstanding issue, Kenya’s geothermal exploration isn’t slowing down. By 2025, the country aims to more than double its current production capacity to 2,500 megawatts.

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