Wärmewende – Auf Betriebstemperatur

Die Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien und Sektorkopplung ist weltweit ein gigantischer Markt – sie steht aber derzeit im Schatten von Ökostrom. Dabei sind die Potenziale der Wärmewende für den Klimaschutz erheblich.

Dezember 2021
Autor: Quentin Blommaert

wärmewende in der stahlindustrie

Die Stahlindustrie schmilzt Metall oft mit fossilen Brennstoffen – noch. © picture alliance/Westend61/Christian Vorhofer

Der Zellulose- und Papierhersteller The Navigator Company setzte seine Wärmewende früh in Gang: Der drittgrößte Exporteur Portugals benötigt nämlich nicht nur Strom, sondern vor allem Wärme. Und die erzeugt er immer stärker grün – mit Biomasse, die er in Wärme und Strom umwandelt. Dazu nutzt er die Abfälle, die bei der Herstellung von Papier und Zellulose anfallen, etwa durch das Entrinden von Holz und durch Sägemehl. Dazu kommen Reste der Hackschnitzelaussiebung und Schwarzlauge.

Lösungen wie diejenigen von The Navigator Company braucht es dringend. Laut dem Columbia Center on Global Energy Policy ist die Schwerindustrie für 22 Prozent der globalen CO2-Emissionen verantwortlich, zehn Prozent der weltweiten Emissionen entfallen auf Verbrennungsprozesse zur Wärmeerzeugung. Alle altbekannten Industrien sind betroffen: Zement, Stahl, Petrochemie, Glas, Keramik und Raffination. Der Thinktank I­n4Cli­mate.NRW hat errechnet, dass 60 Prozent des industriellen Wärmebedarfs bei Temperaturen über 400 °C zu finden ist. Die restlichen 40 Prozent verteilen sich auf Prozesswärme im Niedrigtemperaturbereich (unter 100 °C) und im Mitteltemperaturbereich (100 °C bis 400 °C). „Bislang deckt die Industrie ihren Wärmebedarf zu mehr als 90 Prozent über fossile Energieträger“, sagt Martin Haagen, Head of Sales beim Solarthermiespezialisten Industrial Solar (Zum ausführlichen Interview mit Martin Haagen).

wärmewende private gebäude

Niedrigtemperaturbereich:
Bis 100 Grad Celsius

Beschreibung: Im Niedrigtemperaturbereich bis 100 Grad Celsius geht es vor allem ums Heizen und ums Warmwasser für private Gebäude. Er steht für 16 Prozent aller Treibhausemissionen hierzulande. Auch der weltweite Bedarf für emissionsarme Lösungen zur Wärmeversorgung ist groß.

Einsatzfeld: Sanitärwärme (etwa fürs Kochen und Heizen im Wohnraum)

Nachhaltige Technik: Wärmepumpen, Geothermie, Solarthermie

Branchenvorreiter: Viessmann und Vaillant gehören zu den wichtigsten Anbietern.

94 Milliarden US-Dollar soll der Markt für Wärmepumpen bis zum Jahr 2023 umsetzen.

Bild: © Vaillant

Deutschland hat bei der Wärmeerzeugung Luft nach oben

In einer ähnlichen Situation befindet sich der Gebäudesektor. Hier kommen vor allem niedrige Temperaturen für Heizung und Warmwasser zum Einsatz. Sie machen 16 Prozent der Treibhausgasemissionen Deutschlands aus, hat der Thinktank Agora Energiewende errechnet. Wärme- und Kälteanwendungen stehen für 60 Prozent des gesamten deutschen Endenergiebedarfs.

Damit liegt die Bundesrepublik über dem weltweiten Durchschnitt von 50 Prozent. Ein Bericht des Beratungsunternehmens Pricewaterhouse Coopers zeigt, dass nur 14 Prozent des deutschen Bedarfs aus grüner Wärme kommen. Luft nach oben gibt es also ordentlich.

Ob in nördlichen oder südlichen Ländern, der weltweite Bedarf für emissionsarme Lösungsansätze zur Wärme- und Kälteversorgung ist gigantisch. Deutsche Firmen sind mit Unterstützung vieler Forschungszentren hier sehr gut aufgestellt, um ihren Vorsprung in diesen wenig angezapften Energiebereichen zu behalten.

»Der Markt in China boomt förmlich.«

Björn Schreinermacher, Leiter Politik beim Bundesverband Wärmepumpe

Lange wurden in der Energiewelt die Bereiche Strom, Wärme und Verkehr separat konzipiert. „Jetzt ist es an der Zeit, diese auch in der Produktion enger miteinander zu verzahnen“, sagt Görge Deerberg, stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht in Oberhausen. Nur so kommen Synergieeffekte zwischen den drei Bereichen zustande, und nur so kann der Primärenergieverbrauch reduziert werden. Möglichkeiten sind reichlich vorhanden: Strom aus erneuerbaren Quellen spielt bereits eine zentrale Rolle, dazu kommen Solar- und Geothermie, Biomasse und grüner Wasserstoff. Auch Technologien wie Wärmepumpen, Power-to-Heat und Power-to-Gas sind erprobt. Die Potenziale sind beträchtlich.

„Jetzt braucht es einen massiven Ausbau erneuerbarer Energien“, sagt Deerberg. Ein besonderes Augenmerk kommt Geothermie zu. „Sie kann unser Energiesystem über den Wärmemarkt ändern“, sagt André Deinhardt, Geschäftsführer des Bundesverbands Geothermie. (Zum ausführlichen Interview mir André Deinhardt) Die Wettbewerbsvorteile gegenüber fossilen und anderen erneuerbaren Energien: „Erdwärme kann man auch in Kälte umwandeln, sogenannte Absorptionskälte, und bei günstigen Bedingungen sogar zur Stromproduktion benutzen.“ Zwar werden Strom und Wärme zunehmend miteinander gekoppelt, doch die Rahmenbedingungen sind herausfordernd. „Der Strompreis in Deutschland ist zu hoch. Das muss sich ändern“, sagt Björn Schreinermacher, Leiter Politik beim Bundesverband Wärmepumpe. „Wir bekommen die Sektorenkopplung sonst nicht hin.“ (Zum ausführlichen Interview mit Björn Schreinermacher) Ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu weniger CO2-Emissionen sind Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung. Sie produzieren Strom und Wärme gleichzeitig und sind besonders dann wertvoll, wenn andere Erzeugungsansätze wie Wind- und Sonnenenergie schon ausgelastet sind.

Digitalisierung stärkt Wärmewende

Auch die Digitalisierung spielt der Wärmewende in die Karten. In der Industrie helfen Algorithmen, Prozesse zu optimieren und Energie effizienter und passgenauer einzusetzen. Sie erkennen, wo Energie verloren geht, wo besonders viel Energie benötigt wird und wo es Energiespitzen gibt. Daten werden zu wertvollen Gütern, die – wenn regelmäßig gesammelt und ausgewertet – eine effizientere Energienutzung ermöglichen. Moderne digitale Werkzeuge in der Gebäudetechnik und Industrie wie smarte Thermostate schlagen zwei Fliegen mit einer Klappe: schonend für die Umwelt, sparend für die Nutzer. „Je mehr Daten wir sammeln, desto besser können wir Einsparpotenziale identifizieren“, sagt Industrial-Solar-Vertriebschef Martin Haagen. Smarte Heizthermostate beispielsweise helfen, zu Hause den Energiebedarf zu senken.

wärmewende mittlerer temperaturbereich

Mittlerer Temperaturbereich:
Bis 400 Grad Celsius

Beschreibung: Der mittlere Temperaturbereich zwischen 100 und 400 Grad Celsius kommt vor allem in der Chemieindustrie als Prozessdampf zum Färben, Destillieren und Komprimieren zum Einsatz. Auch die Trocknung in der Papierindustrie sowie grüne Nah- und Fernwärme finden sich in diesem Temperaturbereich.

Einsatzfeld: Prozessdampf in der Chemie- oder Papierindustrie, Nah- und Fernwärme

Nachhaltige Technik: Solarthermie, Geothermie, Biomasse

Branchenvorreiter: Die Pilotanlage des Kölner DLR-Instituts für Solarforschung

407 Terawattstunden betrug der solarthermische Ertrag im Jahr 2020 weltweit. Dadurch konnten 141 Tonnen CO2 eingespart werden.

Bild: © Andritz

Wärmepumpen sind weltweit beliebt

Laut dem Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft nutzten im Jahr 2019 rund neun Prozent der Gebäude in Deutschland Solarthermieanlagen zur Warmwasserbereitung, in sieben Prozent der Gebäude unterstützten sie zusätzlich die Raumheizung. Wärmepumpen sind auch in anderen Ländern beliebt. „Vor allem in Skandinavien, Österreich, Frankreich und im Baltikum gibt es viel Bewegung“, sagt Schreinermacher vom Bundesverband Wärmepumpe. Auch Chinas Vorstädte werden mit großen Wärmepumpen für Fernwärme umgerüstet, dafür „werden gigantische Stückzahlen produziert“, so Schreinermacher. „Der Markt boomt förmlich.“

Momentan werden weltweit 20 Millionen Wärmepumpen pro Jahr verkauft. Diese Zahl dürfte sich innerhalb der kommenden zehn Jahre verdreifachen. Die deutsche Heizungsindustrie ist mit Technologieführern wie Stiebel Eltron, Vaillant und Viessmann vorn mit dabei. Dennoch ist viel zu tun. Laut dem Thinktank Agora Energiewende brauchen wir bis zum Jahr 2030 hierzulande sechs Millionen Wärmepumpen, um die Klimaziele Deutschlands zumindest annähernd zu erreichen. Zudem müssen Großwärmepumpen für Fernwärme Heizölkessel und konventionelle Gasheizungen ersetzen. Laut der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien erzeugten oberflächennahe Geothermieanlagen im Jahr 2020 circa 4.800 Gigawattstunden Wärme. Zusätzlich speisten tiefe Geothermieanlagen weitere 1.413 Gigawattstunden Wärme in Fernwärmenetze ein.

Das Zünglein an der Waage könnten Anreizsysteme sein. Industrieverbände fordern seit Längerem verbindliche Ausbauziele für die Wärmewende, ähnlich wie bei Strom. Sei es für den Einsatz von Wärmepumpen, für die Nutzung von Solar- und Geothermie sowie Biomasse – mehr strukturelle und finanzielle Unterstützung des Gesetzgebers ist gefragt. „Es müssen Anreize bestehen, um grünen Strom im Gebäude fürs Heizen zu nutzen“, betont Schreinermacher vom Bundesverband Wärmepumpe. Zudem kämen für die Wärmeerzeugung häufig fossile Energieträger zum Einsatz, da diese bisher meist noch sehr günstig sind.

„Unsaubere Energie sollte teurer gemacht werden, saubere durch Förderungen günstiger“, sagt Industrial-Solar-Vertriebschef Haagen. Deutschland hat am globalen Umwelttechnologiemarkt immer noch einen hohen Anteil von 14 Prozent. Nun gilt es, diesen Anteil durch Forschung und Entwicklung weiter auszubauen.