De kern van de aarde bestaat uit vele duizenden graden warm lava en gesteente. Door radioactieve reacties in het binnenste deel van de aarde blijft het er zo heet. Deze warmte kan gebruikt worden om gebouwen te verwarmen maar ook om elektriciteit mee op te wekken. De energie opgewekt uit aardwarmte noemt men geothermische energie.
Direct gebruik geothermische energie
Direct gebruik van aardwarmte is alleen mogelijk als warmte-energie de gewenste energie is. Dit is bijvoorbeeld het geval bij het verwarmen van grote gebouwen. Om de warmte vanuit het binnenste van de aarde naar het oppervlak te krijgen maakt men gebruikt van koude- en warmteopslag. Dit werkt als volgt. Langs het hete gesteente laat men water stormen dat door de warmteafgifte van het gesteente wordt verwarmd. Het opgewarmde water wordt weer omhoog gepompt en kan rechtstreeks de verwarmingsbuizen van een gebouw in worden geleid, om vervolgens zijn warmte via radiatoren op de gewenste plek weer af te geven. Het pompen gebeurt met een zogenaamde warmtepomp wat zorgt voor de verwarming van uw huis en voor warm water. Het water dat na de bovengrondse afgifte weer afgekoeld is, moet weer terug de aardbodem ingestuurd worden zodat het weer opnieuw opgewarmd kan worden. In plaats van het dieper gelegen warme water kan men ook het koude oppervlakkige grondwater direct gebruiken als koeling. Met dit water kunnen industriële machines gekoeld worden en het kan in de zomer een elektrische airconditioning vervangen ook dit proces valt onder geothermische energie.
Indirect gebruik geothermische energie
Als niet warmte-energie maar een andere vorm van energie (normaal gesproken elektrische energie) de gewenste vorm van energie is, moet de warmte-energie eerst omgezet worden in bewegingsenergie en vervolgens in elektriciteit. Voor het opwekken van bewegingsenergie gebruikt men turbines die door stoom aangedreven worden. Voor het opwekken van elektriciteit uit deze bewegingsenergie gebruikt men een generator. Voor het ontstaan van stoom is water met een temperatuur van minstens 100 graden Celsius nodig. Hiervoor is heet gesteente wat zich relatief dicht bij het aardoppervlak bevind noodzakelijk. Dit komt vrijwel alleen voor in vulkanische gebieden. In gebieden waar heet gesteente zich niet aan het aardoppervlak bevindt, wordt het water minder warm en kan er uitsluitend direct gebruik gemaakt worden van de geothermische energie.
Grondwater
Als ter hoogte van het hete gesteente in de aarde natuurlijk grondwater aanwezig is kan dit water gebruikt worden voor het warmtetransport. Men hoeft voor de geothermische energiewinning alleen maar dit warme grondwater omhoog te pompen, af te laten koelen op de gewenste plaats of door een turbine te leiden en vervolgens weer terug de grond in te sturen. Als er geen natuurlijk grondwater beschikbaar is kan men door middel van een tweetal boringen toch een geothermisch systeem opzetten. Via het eerste boorgat wordt het water, vaak onder hoge druk, de aarde in gespoten en langs het hete gesteente geleid. Door het tweede boorgat kan het opgewarmde water weer omhoog gepompt worden en eventueel door turbines worden geleid. Dit noemt men een open systeem. Een gesloten systeem is ook mogelijk. Er wordt dan door middel van een diepe boring een buizenstelsel, met daarin het water, bij het hete gesteente geplaatst. De geothermische energie wordt op deze manier geheel ondergronds opgewekt. Het voordeel hiervan is dat het warme water niet langs het koudere oppervlakte water komt voordat het gebuikt kan worden. Een nadeel van een gesloten systeem is dat er maar een beperkte hoeveelheid water gebruikt kan worden in het gesloten buizenstelsel zodat het niet mogelijk is om heel grootschalig geothermische energie op te wekken met deze methode. Vaak gebuikt men in een gesloten systeem een vloeistof met een lager kookpunt dan water, zodat er eerder stoom ontstaat om de turbines aan te drijven.