CO2-neutrale Gebäude-Nutzung/Background
Wärmepumpen vs. Wasserstoffheizungen
Es ist eine kontroverse Diskussion: Sollen in Gebäuden, die nicht an Wärmenetze angeschlossen werden, bestehende fossile Heizungssysteme vorrangig durch Wärmepumpen oder auch durch Wasserstoffheizungen ersetzt werden?
Die Prognos AG hat in einer Kurzstudie für die Stiftung Klimaneutralität die Auswirkungen dieser beiden Optionen einem 100 Prozent erneuerbaren Stromsystem untersucht.
Ergebnis: Wärmepumpen können, da sie in der Lage sind, ihren Verbrauch teilweise an der wetterabhängigen Einspeisung erneuerbarer Energien auszurichten, zur Flexibilität des Stromsystems beitragen.
So heißt es in der Studie: „Wärmepumpen und andere Strom-zu-Wärme-Anwendungen bieten großes Flexibilisierungspotenzial. Als stationäre Geräte sind sie üblicherweise mit zwei trägen thermischen Speichermassen verbunden: 1. Warmwasserspeicher als Puffer für die Warmwasser und Heizkreisversorgung und 2. die Gebäudemasse, also die Mauern, Zwischendecken und sonstige beheizte Materie des Gebäudes, das sie versorgen. Diese Massen lassen je nach Qualität der Gebäudehülle und Nachfrageprofil ein Aussetzen über mehrere Stunden bis Tage zu, ohne dass die Nutzung dadurch eingeschränkt wird. Auch Leistungsmodulation ist bei heutigen Wärmepumpen Standard, sodass mit entsprechender Steuerung auch die Taktung der Wärmepumpe optimiert bzw. minimiert werden kann.“
Der Einsatz von Wasserstoffheizungen hingegen führt zu einem deutlich höheren Wasserstoff- und damit auch höheren Strombedarf. Folglich wäre der Einsatz von Wasserstoffheizungen statt Wärmepumpen in der dezentralen Wärmeversorgung für das Gesamtsystem ineffizienter. Wasserstoff sollte besser in Kraftwerken eingesetzt werden, um dann Strom zu erzeugen, wenn erneuerbare Energien knapp werden.
Februar 2022
@ Stiftung Klimaneutralität, Prognos AG.
Um die Klimaschutzziele zu erreichen, müssen bis 2100 PV-Anlagen mit einer Leistung von 80 bis 170 TW installiert werden.
Das Tempo halten
Für einen kosteneffizienten Klimaschutz wäre bis 2050 die Installation von 20 bis 80 TWp Photovoltaikleistung nötig. Bis 2100 sogar 80 bis 170 TWp, also mindestens hundertmal mehr als die bis Ende 2020 installierten 707 GWp. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesystem ISE und des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung hat nun untersucht, ob ein solches Wachstum aus Ressourcensicht machbar ist. Und wenn ja, unter welchen Bedingungen.
Photovoltaik (PV) ist die wichtigste Technologie für erneuerbare Energien zur kostenoptimierten Eindämmung des Klimawandels.Trotzdem wird der damit verbundene hohe Ressourcenbedarf selten diskutiert.
In seiner Studie hat das Forschungsteam den Ressourcenbedarf für eine PV-Industrie im Terawatt-Maßstab abgeschätzt, die für die Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5°C erforderlich ist. Man konzentrierte sich dabei auf die wichtigsten Ressourcen, die unabhängig von der Art der verwendeten Technologie benötigt werden, nämlich Energie, Flachglas, Kapitalinvestitionen und als exemplarisches Metall Silber.
Die Analyse zeigt: Ohne kontinuierliche technologische Fortschritte werden die Ressourcenbeschränkungen den Einsatz der Photovoltaik im Terawatt-Maßstab höchstwahrscheinlich behindern. „Glücklicherweise entwickelt sich die Photovoltaiktechnologie ständig weiter, neue Systeme sind effizienter und verbrauchen bei der Produktion weniger Ressourcen“, erklärt Dr. Jan Christoph Goldschmidt, Gruppenleiter Neue Solarzellen-Konzepte am Fraunhofer ISE und Erstautor des Papers. « Schon jetzt werden technologische Lösungen wie Tandemsolarzellen auf Perowskit-Basis im Labor entwickelt, die hohe Wirkungsgrade bei niedrigen Kosten und geringem Ressourcenverbrauch versprechen.“
Robert Pietzcker vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung: „Die Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5° C bei niedrigsten Kosten erfordert eine 7- bis 14-fache Steigerung der PV-Kapazität bis 2030 und einen kontinuierlichen Ausbau danach.“
Der Aufbau der globalen PV-Infrastruktur wird einige Prozent des Emissions-Budgets aufbrauchen, das mit dem 1,5°-Ziel kompatibel wäre, schätzen die Autoren unter der Annahme einer fortgesetzten technologischen Entwicklung ab. Dann wird die Photovoltaik aber mehr als die Hälfte des globalen Elektrizitätsbedarfs abdecken.
„Weil das verbleibende Budget so knapp ist, ist es wichtig, dass auch die Photovoltaik so schnell wie möglich hoch effizient wird“, betont Lukas Wagner vom Fraunhofer ISE. Langfristig werden nur 4 bis 11 Prozent des jährlich aus der Photovoltaik erzeugten Stroms für die Produktion von PV-Systemen benötigt. Sowohl für den Ersatz als auch für den weiteren Ausbau der Kapazitäten. Dieser „Eigenverbrauch“ ist vergleichbar mit dem der derzeitigen fossilen Energietechnologien. Die prognostizierten jährlichen Investitionen liegen ebenfalls in der gleichen Größenordnung wie die Umsätze der derzeit größten Öl- und Gasunternehmen.
Die massive Ausweitung der PV-Produktion wird auch die Glasnachfrage erhöhen. Allerdings verringert die fortgesetzte Steigerung des Modulwirkungsgrads die pro Wp benötigte Modulfläche. Das Team schätzt die jährlich produzierte Modulfläche für das Jahr 2100 auf 12.000 bis 22.000 Quadratkilometer, was in etwa der gesamten derzeitigen weltweiten Flachglas-Produktion entspricht. Aus Ressourcensicht ist das wahrscheinlich nicht kritisch, da Sandvorkommen reichlich vorhanden sind und Glas recycelbar ist. Die aktuelle Produktion wird aber bereits von anderen Märkten benötigt, sodass für die Solarenergie die Produktionskapazitäten dringend erweitert werden müssen.
Bei Silber gibt es einen starken historischen Trend zur Verringerung der Mengen. Auslöser sind hohe Preise und Verbesserungen in der Drucktechnik. Wird diese Entwicklung beibehalten, könnte der Gesamtsilberverbrauch unter 18.000 Tonnen verharren oder im besten Fall etwa auf dem heutigen Niveau. Indium, das für transparente leitfähige Oxide in Mehrfachzellen verwendet wird, ist ein weiteres Element, das kritisch werden könnte.
Das Resümee von Dr. Jan Christoph Goldschmidt: „Die Entwicklung emissionsarmer PV-Technologien sollte Priorität haben, ein rascher Ausbau der Flachglas-Produktionskapazitäten innerhalb der nächsten zehn Jahre ist notwendig und wir brauchen Recyclinganlagen, die die enormen Materialströme bewältigen können. Außerdem müssen wir die Technologien für Tandemsolarzellen in die Industrie übertragen, um die erforderlichen hohen Wirkungsgrade zu erreichen. Der Ersatz von Indium in transparenten leitenden Schichten ist nach wie vor eine Herausforderung.“
Aktuelle und künftige Investitionen sollten daher nicht nur auf die Kapazitätserweiterung abzielen, sondern auch auf die Fortsetzung des derzeit hohen Innovationstempos.
September 2021
Quelle: Fraunhofer-Institut
Gebäude zu selten Klimaschützer
Der dena-Gebäudereport 2021 trägt aktuelle Zahlen und Fakten des Gebäudesektors zusammen – mit straffem Blick auf den Klimaschutz. Klar ist: Die gegenwärtig 120 Millionen Tonnen CO2-Emissionen müssen in den nächsten zehn Jahren deutlich reduziert werden.
➜ Der Anteil der Wohngebäude am Gebäudeenergieverbrauch liegt bei 66 Prozent.
➜ In Summe werden ca. 3,75 Milliarden Quadratmeter Nettogrundfläche beheizt.
➜ Der endenergiebezogene Gebäudeverbrauch sieht wie folgt aus:
Quelle: AGEB 2020, BMWi 2020b, Berechnungen dena
➜ Wie die Grafik zeigt: Raumwärme und Warmwasser schlucken dabei am meisten bei den Endenergieverbräuchen. In den etwa 19 Millionen Wohngebäuden schlagen sie mit 66 Prozent zu Buche. Für Beleuchtung oder Klimakälte sind die Verbräuche erkennbar moderater.
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Ein erfreulicher Trend:
2019 und noch deutlicher 2020 erhöhte sich der Anteil der Wärmepumpen spürbar (plus 40 Prozent Wachstum). Allerdings verkauften sich mit fossiler Energie gespeiste Gas-Brennwertkessel noch besser. Ihr Marktanteil lag 2020 bei 60 Prozent.
2019 und 2020 wurden am meisten Gas-Brennwertkessel verkauft. Der Marktanteil lag 2020 bei 60 Prozent. Die größten Wachstumsraten konnten bei Wärmepumpen (plus 40 Prozent) und Biomasse (plus 140 Prozent) verzeichnet werden.
➜ Die Erhöhung der Bundesförderung ”Energieberatung für Wohngebäude“ zum 1.2.2020 auf 80 Prozent führte zu einem spürbaren Anstieg der Antragszahlen. Zugenommen haben auch Beratungen für einen individuellen Sanierungsfahrplan.
➜ Die Nachfrage dürfte anhalten: Seit dem 1.1.2021 gibt es bei der Umsetzung einer förderfähigen Maßnahme aus einem zuvor geförderten individuellen Sanierungsplan einen Bonus von 5 Prozent.
➜ Zwei weitere interessante Fakten: die wachsende Menge energieeffizienter Neubauten und Sanierungen. Die lässt sich an den stark nachgefragten Förderanträgen bei der KfW ablesen.
➜ So wurde 2020 mit 79 Prozent am häufigsten das EH 55 gebaut. Gefolgt vom EH 40 mit 13 Prozent. Im Bestand liegt das EH Denkmal mit 19 Prozent im Programm „Energieeffizient Sanieren“ vorn. An zweiter Stelle liegen mit jeweils 15 Prozent EH 85 und EH 70.
Auch bei den Effizienzhäusern (EH) lässt sich der Trend durch die Erhöhung der Förderung erkennen. 2020 gab es eine deutlich höhere Anzahl an Effizienzhäusern als in den Jahren 2018 und 2019. Sehr deutlich ist dies im Neubau der Fall. Mit 79 Prozent wird hier 2020 am meisten das EH 55 gebaut, gefolgt vom EH 40 Plus mit 13 Prozent. Im Programm „Energieeffizient Sanieren“ liegt das EH Denkmal mit 19 Prozent der Anträge vorn. An zweiter Stelle liegen mit jeweils 15 Prozent die EH 85 und EH 70. Insgesamt wurden die Förderprogramme so stark nachgefragt, dass das BMWi im Oktober die entsprechenden Haushaltsgelder noch einmal um 2,2 Milliarden Euro erhöhte.
Im Wohnungsbestand sind die fossilen Brennstoffe nach wie vor die vorherrschenden Wärmelieferanten. Und immer noch hat der Wärmemarkt einen Anteil von rund 40 Prozent an den energiebedingten C02-Emissionen. Das Ziel der Bundesregierung: Die Treibhausgasemissionen um 80 Prozent bis 2050 gegenüber dem Niveau von 1990 zu reduzieren.
Im Neubau haben sich die Erneuerbaren auf Platz 1 geschoben. Und die Gasheizungen verdrängt. Im Jahr 2010 waren sie noch mit 50,4 Prozent die gängige Heizquelle. 2020 war die Wärmepumpe zum ersten Mal mit einem Anteil von 35,7 Prozent die beliebteste Option und hat die Gasheizung (33,8 Prozent) überholt.
Auf dem hauseigenen YouTube-Kanal stellt der Osnabrücker Batteriespeicherproduzent E3/DC die Analyse von Kundenobjekten vor.
Comeback der BHKW in großen Wohngebäuden
➜ Der Osnabrücker Batteriespeicherproduzent E3/DC hat auf seinem YouTube-Kanal eine aufsehenerregende Analyse von Kundenobjekten vorgestellt.
Es geht um größere Mehrfamilienhäuser mit 30 WE und mehr im Bestand.
Genauer: Um die Frage, welche Technikkonfiguration eine wirtschaftlich optimale eigene Energie-Versorgung mit radikal reduzierten CO2-Emissionen ermöglicht
➜ Im sonnenarmen Jahresdrittel (November bis Februar), also in der Zeit maximaler Wärmebedarfe, kommen die mangelnden Erträge der PV-Anlagen und die temperaturbedingt nachlassenden Leistungen der verfügbaren Wärmepumpen schon in Einfamilienhäusern an ihre Leistungsgrenzen. Erst recht in großen Wohngebäuden.
➜ Die Winteranalysen der Mehrfamilienhausobjekte von E3/DC-Kunden legen ein Comeback der (erdgasbetriebenen) BHKW zur eigenen Strom- und Wärmeerzeugung nahe.
Anhand eines Beispielobjekts in Düsseldorf rechnet E3/DC auf YouTube vor, wie Dank des neuen KWK-Gesetz pro 1.000 kWh aus 50 Euro Gaskosten (700 Wh/th) und 105 Euro Stromsparvorteile nach Nutzung der selbstproduzierten Energie auch noch 53 Euro Cash in die Kasse fließen.
➜ Auf CO2-Folgen berechnet: Das BHKW emittiert pro 1.000 kWh für die erzeugte Wärme 140 kg CO2, für Strom 60 kg CO2. Davon sind 126 Kg CO2 für vermiedenen deutschen Netzstrom abzuziehen. Macht eine Emission von 74 kg CO2 pro 1.000 kWh.
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Zum Vergleich:
Eine allein mit Netzstrom betriebene Wärmepumpe (wenn sie denn in diesem Format verfügbar wäre) käme rechnerisch auf 223 kg CO2-Emissionen pro 1.000 kWh.
Eine mit PV-Anlage (50 Prozent Winterleistung) und Batteriespeicher betriebene Wärmepumpe käme immer noch auf 110 kg CO2-Emissionen pro 1.000 kWh.
November 2020
© Photo by Giorgio Trovato on Unsplash
Kleinere Solaranlagen von Umlage befreit
Ab Januar 2021 entfällt die anteilige EEG-Umlage für den Eigenverbrauch von Solarstrom, wenn die Anlage maximal 30 Kilowatt Leistung hat und höchstens 30.000 Kilowattstunden verbraucht werden. Bislang lag die Grenze bei 10 Kilowatt und 10.000 Kilowattstunden.
Dies gilt sowohl für neue als auch bestehende Anlagen.
Die Anhebung der Bagatellgrenze auf das EU-Maß gemäß Erneuerbare-Energien-Richtlinie (EE-RL Art. 21 (3) und Art. 22) reduzieren den bürokratischen Aufwand und die Kosten für Betreiber kleinerer, in aller Regel privat genutzter Solaranlagen.Anders, als ursprünglich vorgesehen, bleiben auch Eigenversorgungsanlagen, die 2021 nach 20 Jahren aus der EEG-Förderung fallen, von der Umlage befreit. Nach ursprünglichen Plänen der Bundesregierung sollten die Betreiber einen teuren intelligenten Stromzähler einbauen – dieser Passus wurde wieder gestrichen.
Januar 2021
Foto: DJD
Wärmepumpen auch für Bestandsgebäude eine Empfehlung
Wovon reden wir bei CO2?
Kohlendioxid (CO2) ist ein geruch- und farbloses Gas, dessen durchschnittliche Verweildauer in der Atmosphäre 120 Jahre beträgt. Es entsteht vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Erdgas. Aber auch energetische Nutzung von Holz verursacht hohe CO2-Emissionen. (Diese werden bei der Holzernte im Wald als Emissionen angerechnet.)
Barack Obama:
„Wir sind die erste Generation, die die Auswirkungen des Klimawandels zu spüren bekommt – und wir sind die letzte Generation, die daran noch etwas ändern kann.“
Emissionen von Kohlendioxid nach Kategorien
Die Top 5 der CO2-Verursacher in Deutschland:
➜ Platz 1: Die Energieerzeugung
Die Energiewirtschaft produziert
allein 312 Millionen Tonnen CO2, was 39 Prozent des gesamten deutschen CO2-Ausstoßes entspricht.
Verursacher sind vor allem die Kohlekraftwerke.
➜ Platz 2: Die Industrie
Auf ihr Konto kommen 181 Millionen Tonnen im Jahr 2017. Führend sind vor allem Bereiche mit umfänglichen Verbrennungsprozessen. Ganz oben die Stahlproduktion, gefolgt von
Raffinerien, der Zement- und der Chemie-Industrie.
➜ Platz 3: Der Verkehr
Beim Verkehr mit 165 Millionen Tonnen sind die Emissionen zwar nicht gestiegen, aber immer noch genauso hoch wie 1990.
Den Löwenanteil davon macht der
Individualverkehr auf den Straßen aus. Der Inland-Flugverkehr bringt es auf 2 Millionen Tonnen CO2-Emissionen. Alle anderen Flüge verursachten weitere 29 Millionen Tonnen.
➜ Platz 4: Die Gebäudewirtschaft
Der Sektor Gebäude – private Haushalte sowie Gewerbe, Handel und Dienstleistungen – löst 130 Millionen Tonnen CO2 aus.
➜ Platz 5: Die Landwirtschaft
Sie ist an der Statistik nur mit 9 Millionen Tonnen CO2 beteiligt. Für sie ist das Treibhausgas Methan das
größere Problem.
• Energiewirtschaft
• Verarbeitendes Gewerbe
• Verkehr
• Haushalte und Kleinverbraucher
• Militär und weitere kleine Quellen• Diffuse Emissionen aus Brennstoffen
• Industrieprozesse
• Landwirtschaft
Unser CO2-Ausstoß
So sieht aktuell die durchschnittliche CO2-Bilanz eines Deutschen aus. Neben Kohlendioxid sind die Treibhausgase Methan und Lachgas berücksichtigt und in CO2-Äquivalente umgerechnet.
