Im Bereich der Raumwärme und der Warmwasserbereitung von Gebäuden schlummert großes Potenzial zur Reduktion energiebedingter Treibhausgasemissionen. Insgesamt verursacht der Bau- und Gebäudesektor rund 40 Prozent der globalen CO2-Emissionen. Immer mehr geht der Trend: Nachhaltige Gebäude.
Gebäude sind für etwa 40 Prozent des gesamten Energieverbrauchs verantwortlich. Aber auch für einen fast ebenso hohen Anteil an CO2-Emissionen in Europa. Besonders der Bereich der Raumwärme und der Warmwasserbereitung bietet großes Potenzial zur Reduktion energiebedingter Treibhausgasemissionen.
Wärmepumpen auch für Altbauten
In einigen europäischen Ländern ist dazu das Heizen mit erneuerbaren Energien über Wärmepumpen zum Standard bei Neubauprojekten geworden. Auch in älteren Gebäuden, die meist höhere Vorlauftemperaturen von bis zu 70 Grad Celsius benötigen, lassen sich inzwischen Wärmepumpen einsetzen. All das dank effizienterer Kältemittel oder neuer Kompressortechnologien. Ein Feldtest des Fraunhofer ISE zeigt, dass im Altbau mit Außenluft-Wärmepumpen die CO2-Emissionen im Vergleich zu einer Gas-Brennwertheizung um 19 bis 47 Prozent niedriger liegen. Bei Erdreich-Wärmepumpen sogar um bis zu 57 Prozent.
Sonne vom Dach
Einen besonderen Charme hat der Einsatz von Wärmepumpen auch, weil sich ein Teil des zum Betrieb notwendigen Stroms mit einer eigenen Photovoltaikanlage erzeugen lässt. „Je mehr Solarstrom auf dem Dach produziert wird, desto größer ist auch der eigene Beitrag zum Klimaschutz“, betont Prof. Dr. Volker Quaschning, Professor für Regenerative Energiesysteme an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW). Eine Anlage mit zehn Kilowatt Spitzenleistung, die etwa 50 bis 60 Quadratmeter des Hausdachs belegt, kann jährlich vier bis fünf Tonnen CO2 vermeiden.
Solarstromspeicher ermöglichen es dabei, dass die Energie rund um die Uhr zur Verfügung steht. Deren Effizienz steigt immer weiter, wie Prof. Quaschning feststellen konnte. 20 Speicher hat die HTW aktuell unter die Lupe genommen. Von denen bei 13 Systemen eine hohe Systemeffizienz bescheinigt werden konnte. Die Forscher der HTW führen die verbesserten Wirkungsgrade unter anderem auf den verstärkten Einsatz von Siliziumcarbid-Leistungshalbleitern in den Wechselrichtern zurück. Die effizientesten Systeme erreichen dadurch über einen weiten Leistungsbereich Wirkungsgrade oberhalb von 97 Prozent.
Hoffnungsträger Wasserstoff
Gaswirtschaft und Hersteller klassischer Heizungssysteme sind allerdings skeptisch, ob sich die Energiewende alleine mit elektrischen Heizsystemen umsetzen lässt. Sie schätzen, dass es bis 2050 einen Mix aus elektrisch betriebenen Wärmeerzeugern sowie aus Gas-Brennwertgeräten und Brennstoffzellen geben wird. Forscher setzen große Hoffnung auf CO2-neutral hergestellten Wasserstoff. Mit dem Energieträger ließen sich sehr kurzfristig deutliche Erfolge bei der Verringerung der CO2-Emissionen erzielen. Würde dem Erdgas 20 Prozent Wasserstoff beigemischt könnten die Treibhausgasemissionen schon jetzt um rund sieben Prozent pro Jahr verringert werden. Grundsätzlich wäre das heute schon möglich wäre.
Allerdings ist der Einsatz von Wasserstoff für die Wärmeerzeugung in Gebäuden umstritten. Nils Borg, geschäftsführender Direktor des European Council for an Energy Efficient Economy, meint dazu: „Wasserstoff ist keine brauchbare Option, wenn es um die Beheizung von Gebäuden geht. Zum Beispiel braucht es in etwa fünfmal mehr Wind- oder Solarstrom, um ein Haus mit Wasserstoff zu heizen, als das gleiche Haus mit einer effizienten Wärmepumpe zu heizen.“ Dabei könnten Brennstoffzellen für zusätzliche Effizienz sorgen. Sie produzieren sowohl Strom als auch Wärme für ein Gebäude und erreichen so Wirkungsgrade von bis zu 56 Prozent. „Mit der Brennstoffzellenheizung steht uns schon heute eine marktreife und hocheffiziente Technologie zur Verfügung, die für mehr Klimaschutz sorgt“, meint auch Timm Kehler, Vorstand bei Zukunft Erdgas.
Das Zusammenspiel verschiedener Systeme hat HPS Home Power Solution quasi auf die Spitze getrieben. Deren Heimspeichersystem „picea“ umfasst eine Batterie (25 Kilowattstunden) als Kurzzeitspeicher. Und eine alkalische Elektrolyse (Wirkungsgrad 70 bis 80 Prozent) für die saisonale, chemische Speicherung von Energie (1.500 Kilowattstunden) in Form von grünem Wasserstoff. Eine PEM-Brennstoffzelle (elektrischer Wirkungsgrad 45 bis 55 Prozent) gewinnt aus dem Wasserstoff wieder Strom. Durch die Einbindung der Abwärme aus der Brennstoffzelle in den Wärmekreislauf wird ein Gesamtnutzungsgrad der elektrischen Energie aus der Photovoltaikanlage von 90 Prozent über das gesamte Jahr erreicht.
Nachhaltige Gebäude sparen Energie
Nicht zu vernachlässigen sind klimafreundliche nachhaltige Gebäude und die digitale Techniken. Das Smart Home regelt die Heizkörper automatisch herunter – zum Beispiel nach dem Öffnen eines Fensters. Oder löscht das Licht, wenn die Bewohner zur Arbeit gehen. Auch in großen Büro- und Geschäftskomplexen werden digitale Lösungen eingesetzt, die Heizung, Lüftung oder Klimatisierung je nach Wetterverhältnissen oder Anzahl der anwesenden Angestellten automatisch regeln. Smart Homes und intelligente, vernetzte Gebäude können laut des Digitalverbandes Bitkom bei einer moderaten Verbreitung der entsprechenden Technologien bis 2030 allein in Deutschland rund 16 Megatonnen CO2 einsparen.
