Wärmewende gestalten: Aber wie?
Fakten
- Technologiegeschichte der Wärmepumpe
- Rund 150 Jahre
- Energiequelle
- 75% aus Umweltenergie wie Geothermie, Wasser und Luft
- Erneuerbare Energiequelle
- 25% aus Strom; wenn dieser erneuerbar ist, ist die Wärmepumpe klimaneutral
- Typen von Wärmepumpen
- Sole-Wasser-Wärmepumpe
- Luft-Wasser-Wärmepumpe
- Wasser-Wasser-Wärmepumpe
- Oberflächennahe geothermische Anlagen
- 440.000 in 2022 (Deutschland)
- Zum Betrieb von Wärmepumpen
- Tiefengeothermische Anlagen
- 42 in 2022 (Deutschland)
- Angewandt für Fernwärmenetze und Prozesswärme für die Industrie
- Anwendungsmöglichkeiten von Geothermie
- Wärme- und Kälteversorgung
Wärmepumpen haben vor dem Hintergrund des geplanten Gebäudeenergiegesetzes (GEG), auch Heizungsgesetz genannt, verstärkt an Aufmerksamkeit gewonnen. Wärmepumpen gelten als klimafreundlich. Sie tragen zum Gelingen der Energiewende bei, sofern sie grünen Strom nutzen. Die Nutzung von Erdwärme (Geothermie) ist eine Möglichkeit, die Wärmewende in Einklang mit den Klimaschutzzielen zu gestalten. Als eine der insgesamt acht strategischen Netto-Null-Technologien des EU Net Zero Industry Act beschäftigt sich dieser Transformationscheck mit Wärmepumpen und Geothermie. Die Transformationschecks sind eine Reihe zur Vorbereitung des Industrieforums 2023 Auf dem Weg zu Net Zero: Technologien für die Transformation am 5. September in Berlin. Erfahren Sie hier mehr zum Industrieforum 2023.
Wärmepumpen: Eigenschaften der drei Typen
Wärmepumpen unterteilen sich in drei Typen, je nach Wärmeträger. Die Wärmeträger (Wärmequellen) sind Sole (Erdwärme), Luft und Wasser. Wärmepumpen benötigen zwei Wärmeträger. Kurzum: Es stehen die Sole-Wasser-Wärmepumpe, Luft-Wasser-Wärmepumpe oder die Wasser-Wasser-Wärmepumpe zur Verfügung. Der erste Wärmeträger bezeichnet die Wärmequelle. Der zweite Wärmeträger ist die Wärmesenke (Wasser).
©Statista
Wärmepumpen sind effizient, weil sie wenig Energie verbrauchen. Eine Wärmepumpe nutzt die zugeführte Energie, um ein Kältemittel in einem Rohrsystem zu transportieren. Das Kältemittel wird verdichtet und nimmt Energie aus der Umwelt auf – zum Beispiel aus der Luft oder dem Erdboden. Diese Energie breitet sich dann wieder aus. Dieser Vorgang erzeugt Wärme und erwärmt das Wasser im Rohrsystem. Ein Wärmetauscher zieht die Wärme des Kühlmittels in die Wärme des Wassersystems.
Bisher sind Biomasse und Gas (s. Transformationscheck Biogas und Biomethan) die größten Energiequellen beim Heizen in den europäischen Ländern. Deutschland heizt überwiegend mit Gas (50,8 Prozent im Jahr 2021). Die skandinavischen Länder heizen bereits heute verstärkt mit Fernwärme – und Wärmepumpen. Übrigens: Wärmepumpen sind nur so klimafreundlich wie der Strom, mit dem man sie betreibt.
Der Absatz von Wärmepumpen in Deutschland stieg im Jahr 2022 um 53 Prozent im Vergleich zum Vorjahr.[1] Im März 2023 betrug ihr Marktanteil 17 Prozent.[2] Im Jahr 2022 waren von den 236.000 verkauften Heizungswärmepumpen 205.000 Geräte Luft-Wasser-Wärmepumpen (+ 61 Prozent gegenüber dem Vorjahr). Sole-Wasser-Wärmepumpen legten um 15 Prozent zu, 31.000 erdgekoppelte Anlagen wurden 2022 verkauft. Auch die Anzahl der speziell auf die Erwärmung von Trinkwasser ausgelegten Warmwasser-Wärmepumpen hat sich im letzten Jahr stark erhöht: Um über 90 Prozent auf 45.500 Geräte.[3]
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist in der Anschaffung am günstigsten, allerdings nicht im Betrieb. Sie hat einen hohen Stromverbrauch. Der Grund: Die Luft ist am kältesten, wenn der Wärmebedarf am höchsten ist. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe, auch Erdwärmepumpe genannt, ist effizient aufgrund des hohen Wirkungsgrades. Allerdings sind die Kosten für die Erschließung der Wärmequelle vergleichsweise hoch, weil das Rohrsystem unterirdisch verlegt werden muss. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe hat zwar einige Vorteile, wie niedrige Stromkosten und einen hohen Wirkungsgrad. Jedoch sind die Kosten für die Erschließung der Wärmequelle hoch und es muss genügend Grundwasser auf dem Grundstück vorhanden sein.[4] Vor dem Hintergrund sinkender Grundwasserbestände scheinen die Luft-Wasser- sowie die Sole-Wasser-Wärmepumpe die passenderen Lösungen zu sein.[5]
Geothermie – die unerschöpfliche Energiequelle
Geothermie kann zur Wärmeerzeugung, zum Kühlen und zur Stromerzeugung eingesetzt werden.
©Umweltbundesamt
Geothermische Ressourcen sind in der Erdkruste gespeichert. Erdwärme ist eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle, die wetterunabhängig ist. Bei einem gut ausgebauten Fernwärmenetz kann Geothermie zur Wärmeerzeugung als nachhaltige Energiequelle genutzt werden. Anwendung findet die Geothermie in Ländern wie Island (53 Prozent der Energieversorgung), aber auch in Deutschland. Schwerin-Lankow setzt eine Geothermie-Anlage, gefördert aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE), bereits ein. Die Landeshauptstadt Schwerin verfolgt das Ziel der CO2-Neutralität bis 2035.[6] Insgesamt gibt es in Deutschland 42 tiefengeothermische Anlagen (Stand 2022), die nur in bestimmten Regionen wie im Raum München zum Einsatz kommen.[7]
Wärmepumpen und Geothermie: Potenziale für die Industrie
Wärmepumpen in Gewerbe und Industrie kommen bisher selten zum Einsatz, die Unternehmen setzen noch oft auf konventionelle Lösungen. Die Wärmepumpe ist aber auch für die Industrie eine effiziente und klimafreundliche Lösung, wenn sie mit grünem Strom betrieben wird.[8] Hochtemperatur-Hochwärmepumpen[9] können zum Beispiel in der Lebensmittel-, Papier- und Chemieindustrie genutzt werden.
Island nutzt Geothermie bei der Lebensmittelproduktion. Zum Beispiel nutzt eine Mikrobrauerei geothermischen Dampf von etwa 150 Grad für die Bierherstellung und spart dadurch eine große Menge an elektrischer Energie.[10] Der Bundesverband Geothermie sieht Potentiale von Erdwärme für die Prozesswärme in Industrie und Gewerbe bei hohen Temperaturen und für die Agrarnutzung bei niedrigen Temperaturen.[11]
Was hindert Wärmepumpen und Geothermie an der Hochskalierung?
Wärmepumpen sind bisher teurer als andere Lösungen. Die Anschaffung ist aus Kostengründen nicht für jede Eigentümerin oder jeden Eigentümer möglich. Zudem verzögert der Fachkräftemangel den Einbau einer Wärmepumpe. Wärmepumpen kommen in der Industrie noch nicht in großem Umfang zum Einsatz.
Während es sich bei Erdwärme um eine unerschöpfliche Energiequelle handelt, sind genaue Daten zu lohnenswerten Heißwasserreservoiren in Deutschland spärlich vorhanden.[12] Hinzu kommt die überschaubare Anzahl an Industrieunternehmen, die geothermische Anlagen herstellen. Das heißt: Anlagen sind heute noch sehr teuer. Die Hochskalierung setzt voraus, dass mithilfe einer unterirdischen Landkarte geothermische Potentiale bekannt sind und die politischen Rahmenbedingungen den herstellenden Unternehmen Planungssicherheit geben und Genehmigungsverfahren für Anlagen vereinfacht und beschleunigt werden. Außerdem sind Vorhersagen, ob eine Bohrung erfolgreich ist oder nicht, nur schwer zu treffen. Das hemmt das ein oder andere Energieversorgungsunternehmen, Erdwärme einzusetzen. Geothermie birgt auch Risiken. In Staufen bei Breisgau ist bei der Erdwärmebohrung auch ein Lager des Minerals Anhydrid durchbohrt wurden. Grundwasser drang aufgrund undichter Bohrwände in die Mineralschicht und verwandelte sich in Gips. Der Boden quoll auf und fing an sich zu heben, was Schäden an den Häusern verursachte.[13]
Ausblick
Wärmepumpen und Geothermie sind Netto-Null-Technologien, die nicht nur die Wärmewende in privaten Haushalten voranbringen können, sondern auch Potenzial für die Industrie bergen – gerade weil sie nicht nur für das Heizen in Frage kommen, sondern auch für das Kühlen. Die industriellen Anwendungsmöglichkeiten werden bisher selten genutzt. Die politischen Rahmenbedingungen fehlen noch, um den produzierenden Unternehmen der Technologien Planungssicherheit für die Hochskalierung zu vermitteln. Wärmepumpen und Geothermie bergen das Potential, die Wärmewende zu gestalten und die Klimaschutzziele zu erreichen. Es braucht Best Practices nicht nur für Industrie und Gewerbe, sondern auch für politische Entscheidungsträger sowie Haus- oder Wohnungseigentümerinnen und -eigentümer, damit sich herumspricht, dass sich Investitionen in diese Technologien langfristig lohnen.