Wasserstoffbasierte Heiztechnologien haben im Altbau an kalten Wintertagen keinen schlechteren „Gesamtwirkungsgrad“ als Luft-Wasser-Wärmepumpen. Dies ist eines der Ergebnisse einer neuen Studie, welche die Unternehmensberatung Frontier Economics im Auftrag der Vereinigung der Fernleitungsnetzbetreiber (FNB Gas) erstellt hat. Gleichzeitig warnen die Analysten davor, dass die vollständige Elektrifizierung des Wärmemarktes das heutige Stromsystem mit einer zusätzlichen Spitzenlast von 86.000 bis 124.000 MW an seine Grenzen bringen würde.

„Die Frage ist nicht ob, sondern wie viel Wasserstoff im Wärmemarkt eingesetzt werden muss“, schlussfolgert daraus der Vorstandsvorsitzende des FNB Gas, Thomas Gößmann. Die 60-seitige Studie adressiert ausführlich eines der Hauptargumente in der politischen Diskussion gegen H2-Heizungen: den vermeintlich schlechten Wirkungsgrad.

Gesamteffizient von 437 Prozent im Neubau

 Im Neubau (Vorlauftemperatur 35 Grad), so die Studie, sei die Luft-Wasser-Wärmepumpe an milden Herbsttagen mit guter Ökostromproduktion zwar deutlich überlegen, räumen die Autoren ein und berechnen eine Gesamteffizienz von 437 Prozent. Hier schneidet der H2-Brennwertkessel mit nur 62 Prozent um den Faktor sieben schlechter ab, wobei die Effizienzverluste insbesondere durch die Elektrolyse (-33 %) und weniger durch den Wasserstofftransport (-5%) und das Brennwertgerät (-2%) entstehen.

H2-ready
Konventionelle Gas-Brennwerttechnik lässt sich auch für einen Betrieb mit Wasserstoff nutzen. Das Bild zeigt „H2-ready“-Geräte für den Betrieb mit Wasserstoff auf dem Prüfstand im Forschungs- und Entwicklungszentrum der Viessmann Gruppe. Foto: Viessmann

Im Altbau steigt Energiebedarf der Wärmepumpen

Im Altbau jedoch, in dem 87 Prozent der Gebäude un- oder teilsaniert sind, schwinde dieser Effizienzvorteil, weil der Strombedarf der Luft-Wasser-Wärmepumpe stark ansteigt. Hier beziffert Frontier Economics den Gesamtwirkungsgrad an kalten Wintertagen ähnlich gut (oder schlecht) mit 60 Prozent (H2- Brennwertkessel) bzw. 61 Prozent (Luft-Wasser-Wärmepumpen). Die Annahme dahinter: Die erforderlichen Strommengen könnten Windkraftanlagen und noch weniger Solaranlagen in einem dekarbonisierten Strommarkt liefern.

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80 Prozent des Stroms müssten daher aus saisonalen Zwischenspeichern stammen, die den Wirkungsgrad verschlechtern. Außen vor bleiben in dem Vergleich allerdings Sole-Wasser-Wärmepumpen, die Erdwärme über Kollektoren oder teure Bohrungen anzapfen. Im Großteil des Gebäudebestands sei dies „keine realistische Alternative“, argumentiert Frontier Economics.

Wasserstoff hilft an sehr kalten Wintertagen

In einem weiteren Kapitel adressiert die Studie den Aspekt Versorgungssicherheit. Abhängig von der Sanierungsrate alter Gebäude müsste sich die Stromspitzenlast bei einer vollständigen Elektrifizierung des Wärmemarktes mindestens verdoppeln, von heute 80.000 MW auf 86.000 bis 124.000 MW. „Nur“ 86.000 MW wären es bei einer „sehr optimistischen“ Sanierungsrate der alten Gebäude von 2,3 Prozent. Zur Einordnung: Aktuell liegt Deutschland bei etwa ein Prozent.

„Angesichts des Ausbautempos der erneuerbaren Energien und der Stromnetze besteht bereits in der mittleren Frist bis 2030 das Risiko, dass es zu Stromversorgungslücken kommt“, warnen die Analysten.

Dicker Brummer
Elektrisch betriebene Luft-Wasser-Wärmepumpe in Monoblock-Technik vor einem Neubau. Foto: Viessmann

Für die Berechnung der Heizspitzenlast hat Frontier Economics die Erdgasflüsse der Ferngasnetzbetreiber von 2014 bis 2021 herangezogen. Die Maximallast von 250.000 MW wurde am 12. Februar 2021 bei einer bundesweiten Durchschnittstemperatur von minus 7,1 Grad Celsius erreicht. Wasserstoff könnte solche Spitzenlasten im Wärmebereich auffangen, die das Stromsystem mit seinem bisherigen Rekordwert von 80.000 MW „massiv herausfordern“ würden, heißt es in dem Papier.

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Auch das zweite große Argument gegen Wasserstoff im Wärmebereich adressiert die Studie, wenn auch kürzer: das knappe Gut Wasserstoff, das lieber der Industrie oder dem Verkehr vorbehalten sein sollte.

Laut der Studie werden die potenziellen Wasserstoffimporte von der Politik unterschätzt. „Dies mag in einer zeitlich und regional eingeschränkten Sichtweise gelten“, schreiben die Autoren und listen mögliche Exporteure von Schottland bis Marokko auf. Die dafür erforderlichen Wasserstoffnetze könnten zum überwiegenden Teil aus dem bestehenden Gasnetz heraus entwickelt werden, hieß es weiter.

Wärmepumpenbranche widerspricht

Der Bundesverband Wärmepumpe kritisiert in einer ersten Reaktion die Ergebnisse der Analyse. „Die Aussage, Wärmepumpen seien als Heizungssystem nur für den Neubau geeignet, ist falsch“, sagte Ressortleiter Politik, Björn Schreinermacher. Wärmepumpen seien längst im Gebäudebestand angekommen, wo sie Öl und Gasheizungen erfolgreich ersetzen können. Auch hinterfragte Schreinermacher die künftigen Wasserstoffmengen im Wärmemarkt: „Wann und zu welchem Preis wird dieser in signifikanten Mengen für den Gebäudebereich zur Verfügung stehen, angesichts der enormen Bedarfe und einer hohen Zahlungsbereitschaft aus anderen Sektoren?“ 

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3 Kommentare

  1. Avatar

    Man merkt dem Bericht seht gut an, dass dieser von der Gasindustrie finanziert wurde und wer diesen verfasst hat.

    Wenn Wasserstoff zum Betrieb von Wärmepumpen benötigt wird, dann geht der Bericht davon aus, dass die Abwärme ungenutzt bleibt. Dafür gibt es aber keinen Grund. Genau zu den Zeiten, wenn der Speicher rückverstromt würde besteht ja auch Wärmebedarf. Ob dies nun durch Blockheizkraftwerke oder größere Kraft-Wärme-Kopplung passiert ist erstmal unerheblich.

    Wenn man an der Stelle richtig rechnet, dann kommt man für ein System mit Wasserstoff-Verstromung und Kraft Wärme-Kopplung bei 10% Wärmeverlust auf einen Gesamtwirkungsgrad an kalten Tagen von 96%. (Das Papier kommt auf 61% für Wärmepumpen)

    Dies zeigt, dass das direkte Verheizen von Wasserstoff, schlechter ist als das Papier suggeriert.

    Damit ist eine zentralisiertere Gasinfrastruktur erforderlich als die Autoren vorschlagen.

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    • Franz W. Rother

      Der Beitrag ist von niemandem finanziert worden. Richtig ist, dass der Bericht eine Studie wiedergibt, die von den Betreibern der Fernleitungen für Erdgas finanziert wurde. Aber auch die Wärmepumpenbranche kommt zu Wort.

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        „Bericht“ bezog sich auf das, was Sie „Studie“ nennen. Dieser Bericht von Frontier Economics ist meiner Auffassung erfüllt meiner Auffassung nach nicht die Anforderungen für Studien. Darum nenne ich es Bericht. Es war nicht auf diesen Artikel bezogen.

        Das Missverständnis war nicht beabsichtigt.

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