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Energie & Klima

Standpunkt

Ohne Gase geht es nicht

Frank Gröschl, Leiter Technologie und Innovationsmanagement beim Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches
Frank Gröschl, Leiter Technologie und Innovationsmanagement beim Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches Foto: DVGW

Wie wird künftig Wärme für Industrie und Haushalte erzeugt? Der Wärmemarkt sei ein Leistungsmarkt und müsse auch in Dunkelflauten funktionieren, schreibt Frank Gröschl. Eine Versorgung allein mit strombetriebenen Wärmepumpen hält der Leiter Technologie und Innovationsmanagement beim DVGW für illusorisch.

von Frank Gröschl

veröffentlicht am 19.10.2022

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Geht es nach der Ampelkoalition, sind die Tage von Erdgas gezählt. Die Bemühungen einer schnellstmöglichen Unabhängigkeit von russischen Importen vor dem Hintergrund der geopolitischen Entwicklungen sind folgerichtig. Das LNG-Beschleunigungsgesetz setzt einen neuen Maßstab zum Bürokratieabbau. Der Wunsch, langfristig ganz auf fossile Energieträger zu verzichten, um Deutschland klimaneutral zu machen, ist vielfach adressiert. Wasserstoff nimmt dabei eine besondere Rolle ein, denn er ist speicherbar, international handelbar und größtenteils in Gas-Infrastrukturen transportierbar. Damit leistet Wasserstoff genau das, was erneuerbarer Strom nicht kann. 

Auf den Wärmemarkt wirken sich diese Veränderungen in besonderem Maße aus. Es ist vorgesehen, dass ab 2024 mindestens 65 Prozent der verwendeten Energie für neu installierte Heizsysteme aus erneuerbaren Quellen stammen soll. Damit soll die elektrische Wärmepumpe zur Quasi-Pflicht für fast alle Gebäude erhoben werden. In gut gedämmten Einfamilienhäusern, die neu gebaut werden, mag das funktionieren. Wie das in einem Altbau mit 20 Mietparteien funktionieren soll, ist dagegen unklar. Heterogene Gegebenheiten in Bestandsgebäuden werden ausgeblendet, technische, wirtschaftliche und sozialverträgliche Komponenten in einer aktuell angespannten Situation der Energieverfügbarkeit, auch beim Strom, nicht ausreichend mitgedacht.

Deutschland ist gebaut. Es abzureißen und neu zu bauen, wäre eine unrealistische Idee. Niemand will das – und dennoch: Etwa 80 Prozent der Gebäude in unserem Land sind vor 1980 entstanden – in einer Zeit vor der ersten Wärmeschutzverordnung. Der Schlüssel für Klimaschutz im Gebäudesektor liegt aber in der Modernisierung des Bestandes.

Hier sind Maßnahmen anzusetzen, die schnell wirken, wirtschaftlich und sozialverträglich sind. Diese müssen Realitäten wie Fachkräfte- und Handwerkermangel berücksichtigen, technisch-systemisch ausgewogen sein sowie die Versorgungssicherheit und Stabilität der Energienetze, das heißt Gas-, Strom- und Wärmenetze, gewährleisten. Zusätzlich haben die Bestandsgebäude bereits große Mengen CO2 in den Baustoffen, etwa im Zement, gebunden, die nicht mehr für Neubauten emittiert werden müssen. Etwa 33 Prozent aller Treibhausgasemissionen von Gebäuden über den Lebenszyklus entstehen bei der Herstellung von Gebäuden und Baustoffen, bei gut gedämmten Gebäuden sind es sogar bis 50 Prozent.

Herausforderung für den Stromsektor zu groß

Gas macht derzeit rund die Hälfte der direkten Raumwärme- und Warmwasserbereitstellung aus und versorgt direkt über das Gasnetz sowie über Fern- und Nahwärmenetze aus Kraft-Wärme-Kopplung knapp zehn Millionen Gebäude mit über 22 Millionen Wohnungen. Dahingegen werden bisher nur fünf Prozent der Raumwärme und Warmwasser durch Strom erzeugt. Im Jahr 2021 wurden in Deutschland über 900.000 Heizsysteme neu installiert, davon über 600.000 Gasheizungen.

Eine Fokussierung nur auf elektrisch betriebene Wärmepumpen bedeutet eine zunehmende Herausforderung für den Stromsektor. Die Folgen werden dabei häufig unterschätzt. Über 80 Prozent der Wärmepumpen werden als Luft-Wasser-Wärmepumpen verkauft – sie nutzen den Energieinhalt der Außenluft, um zu heizen. Je kälter es ist, umso mehr Strom müssen diese Wärmepumpen zum Heizen einsetzen. Die mit höheren Effizienzen einhergehenden Wärmepumpen, die dem Erdreich, etwa im häuslichen Garten, oder dem Grundwasser Wärme entziehen, sind wegen dieser baulichen Hürden in der Praxis wenig anzutreffen.

Realdaten zeigen, dass eine Elektrowärmepumpe in einem durchschnittlichen Bestandsgebäude etwa zwei Drittel der jährlich benötigten Heizenergie der Außenluft entzieht. Ein Drittel muss elektrisch bereitgestellt werden. Bei heutigen Wärmepumpen ist vielfach ein elektrischer Heizstab installiert, der bei kalten Temperaturen anspringt und wie eine herkömmliche Stromheizung funktioniert, also keine Umgebungswärme nutzt. Dann muss das Stromsystem ausreichend Leistung bereitstellen können. Eine Studie der RWTH Aachen verdeutlicht, dass bei der Substitution der gasbasierten Wärmeleistung von rund 250 Gigawatt (GW) durch elektrische Wärmepumpen immer noch etwa 80 bis 130 GW Stromerzeugungsleistung, abhängig von der Dämmqualität der Gebäude, sichergestellt sein müssen.

Ziele der Koalition wenig realistisch

Der Wärmesektor ist im Gegensatz zu anderen Sektoren ein „Saisongeschäft“ und findet in den Winterwochen statt, mit Überhängen im Herbst und Frühjahr. Die Energiebereitstellung muss deshalb für die Spitzenlast entwickelt werden und nicht für den Jahresdurchschnitt. An kalten Wintermorgen wird die vier- bis fünffache Energiemenge dessen bereitgestellt, was als Grundlast über das Jahr benötigt wird. In Zahlen an einem konkreten Beispiel ausgedrückt: Allein gasseitig waren dies am Morgen des 7. Februar 2021 gemessene 250 GW. Da Gas rund die Hälfte des Wärmemarktes abdeckt, wurden an diesem kalten Wintertag 500 GW Wärmeleistung benötigt.

Zum Vergleich: Derzeit wird für die Stromversorgung der Bundesrepublik eine gesicherte Kraftwerksleistung von etwa 85 GW vorgehalten. Dies zeigt, dass eine vollumfängliche Elektrifizierung des deutschen Wärmemarktes ohne massive Anpassung des Stromsektors nicht funktionieren kann.

Neben der elektrischen Wärmepumpe als Standardtechnologie für die Gebäudebeheizung setzt sich die Ampelkoalition zum Ziel, von heute etwa einer halben Million E-Autos auf 15 Millionen aufzustocken. Ziele, die bei Betrachtung der genannten Systemgrenzen als wenig realistisch einzustufen sind. Einsparungen und Effizienzerhöhungen sind wegen der durch den russischen Angriffskrieg auf die Ukraine verursachten Verwerfungen auf den Energiemärkten folgerichtige Maßnahmen. Aber auch die Angebotsseite muss gestärkt werden.

Wasserstoff wird kein knappes Gut sein

Die Energiewende in Deutschland wird nur ein Erfolg, wenn Gase als Energieträger eine wesentliche Rolle spielen. Dabei wird das klassische pipelinegebundene Erdgas zunehmend von LNG, Biogas und Wasserstoff ersetzt. Mit den LNG-Terminals wird derzeit in Deutschland eine neue Import-Infrastruktur für Gase aufgebaut, und diese wird für Wasserstoff und dessen Derivate designed. Wasserstoff, das zeigen neueste Forschungsarbeiten, wird per se kein knappes Gut sein. Er wird ab 2030 in relevanten Mengen zur Verfügung stehen und weiter hochlaufen. Voraussetzung ist, dass europäische und internationale Beschaffungspfade für Wasserstoff entwickelt und Erzeugungstechnologien breit gedacht werden. Durch eine breite Streuung erreichen wir Diversifizierung und stärken die Resilienz unseres Energiesystems.         

Wie wird der Wärmemarkt der Zukunft aussehen? Die elektrische Wärmepumpe ist für gut gedämmte Gebäude und Neubauten eine passende Lösung, insbesondere wenn sie mit Flächenheizungen, wie eine Fußbodenheizung, kombiniert ist. Im Gebäudebestand mit seiner Vielfalt an Technologien und gewachsenen Lösungen muss sich dies auch in der Vielfalt der Energieträger widerspiegeln. Gase wie Wasserstoff und Biogas können dort wegen ihrer Flexibilität punkten sowie Klimaschutz und Versorgungssicherheit zusammenbringen. Zusätzlich entstehen durch die Weiterbenutzung bestehender Gebäude keine CO2-Emissionen durch Errichtung von Neubauten, was als Gutschrift dem Gebäudebestand zugutekommen müsste. Erst über diese Lebenszyklusbetrachtungen ergibt sich ein tatsächliches Bild.

20 Prozent unserer Energie wird über Strom (Elektronen) bereitgestellt, 80 Prozent hingegen über Gase und andere chemische Energieträger (Moleküle). Nach 20 Jahren Energiewende ist die Hälfte der „Welt der Elektronen“ klimaneutral. Die Elektrifizierung wird sich weiter entwickeln, ohne Zweifel. Aber nochmal 20 Jahre für weitere zehn Prozent Klimaneutralität, bezogen auf unser gesamte Energiesystem, zu warten, reicht nicht aus. Deswegen braucht es eine leistungsfähige „Welt der Moleküle“ mit Wasserstoff und Biogas.

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