Erneuerbare Energien
Heizen mit Wärmepumpe oder Wasserstoff? Studie kommt zu klarem Ergebnis
Hamburger Wissenschaftler haben eine Studie über den Einsatz von Wasserstoff zum Heizen von Privathaushalten veröffentlicht. Das Fazit ist eindeutig.
Hamburg – Wasserstoff wird als Energieträger der Zukunft gehandelt – auch und vor allem im Fahrzeugantrieb. Deutsche Forscher entwickelten bereits ein Wasserstoff-Auto, das auf bis zu 1.000 Kilometer Reichweite kommt. Doch obwohl die grüne Variante aus Erneuerbaren Energien theoretisch nahezu unbegrenzt verfügbar ist, ist die Wasserstoff-Erzeugung immer noch aufwendig und teuer.
Ein Forscherteam aus Hamburg hat nun erstmals untersucht, ob die Verbrennung von Wasserstoff auch eine künftige Alternative zur Beheizung von Privathaushalten sein könnte. „Das Ergebnis der Studie ist sehr ernüchternd“, so der Autor der Studie, Dr. Felix Doucet gegenüber kreiszeitung.de von IPPEN.MEDIA.
Wasserstoff oder Wärmepumpe? Studie klärt auf: Was beim Heizen im Haushalt effektiver ist
Der Wissenschaftler aus dem Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E) der HAW Hamburg und sein Team verglichen dafür im Rahmen des Verbundprojekts „Norddeutsches Reallabor“ den Energieaufwand zur Beheizung eines unsanierten Einfamilien-Hauses mit grünem Wasserstoff mit dem des Heizens über eine moderne Wärmepumpe. Angenommen wurde dabei ein jährlicher Bedarf von 40.000 Kilowattstunden für die Wärmeversorgung des Hauses.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe nutzt die Wärme aus der Umgebungsluft, aus dem Erdreich oder dem Grundwasser. Sie besteht aus einem geschlossenen Kreislaufsystem, das ein Kältemittel enthält und ähnlich wie ein Kühlschrank funktioniert.
Das Kältemittel wird in einem Verdampfer auf niedriger Temperatur verdampft, wodurch es Wärme aus der Umgebung (aus der Luft, dem Erdreich oder Wasser) aufnimmt. Das dampfförmige Kältemittel wird anschließend durch einen Kompressor auf höhere Temperatur und Druck gebracht und wieder verflüssigt, wobei die aufgenommene Wärme an das Heizsystem abgegeben wird.
Für den Betrieb ist Strom erforderlich, allerdings wird dieser nicht direkt zum Aufheizen genutzt. Dadurch wird deutlich mehr Wärmeenergie erzeugt, als elektrische Energie aufgewendet wurde.
Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch den sogenannten Coefficient of Performance (COP) gemessen, der das Verhältnis von abgegebener Wärme zur eingesetzten elektrischen Energie angibt. Eine Wärmepumpe, die einen COP von 4 hat, gibt also für jede eingesetzte Einheit elektrischer Energie vier Einheiten Wärme ab.
Wasserstoff im Gebäudesektor: Wärmepumpe deutlich effizienter
Das Ergebnis: „Der Strombedarf zur Herstellung des grünen Wasserstoffs ist deutlich höher als die bereitgestellte Wärme‘“, so Studienleiter Doucet. Die Untersuchung im Rahmen einer Studienreihe mit dem Titel „Potenziale, Grenzen und Prioritäten. Grüner Wasserstoff für die Energiewende“ ergab: Für die Gewinnung der zum Heizen notwendigen Menge grünen Wasserstoffes entstünde ein Strombedarf von 67.000 Kilowattstunden.
Die Wärmepumpe ist in der Energiebilanz praktisch nicht zu schlagen.
Eine moderne Wärmepumpe würde im Vergleich dazu nur 12.000 Kilowattstunden für die Bereitstellung der Wärme benötigen. „Damit ist die Wärmepumpe in der Energiebilanz praktisch nicht zu schlagen“, erklärt der Hamburger Wissenschaftler vom CC4E. „Denn es bedeutet, dass 70 Prozent der Wärmeenergie aus der Umgebungswärme gewonnen werden“, so Doucet. Ein Prinzip, das sich auch eine Diskothek zunutze macht: Der Nachtclub heizt mit der Körperwärme seiner Besucher.
Was ist grüner Wasserstoff?
Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt. Das dafür notwendige Verfahren, um reinen Wasserstoff zu gewinnen, ist sehr energieaufwendig. Wird der Energiebedarf für die Elektrolyse aus Erneuerbaren Energien wie zum Beispiel Windenergie oder Sonnenenergie gedeckt, bezeichnet man den gewonnenen Wasserstoff als grün.
Grüner Wasserstoff gilt als die einzige umweltfreundliche, klimaneutrale Möglichkeit der Wasserstoffgewinnung. Weil für seine Gewinnung Strom aus Erneuerbaren Energien verwendet wird, gilt grüner Wasserstoff als CO₂-frei. Weitere Varianten sind: schwarzer oder brauner Wasserstoff, grauer Wasserstoff, blauer Wasserstoff und türkiser Wasserstoff.
Gängiges Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff sehr energieaufwendig
Das gängige Verfahren, um Wasserstoff zu gewinnen, die Elektrolyse, ist dagegen hochgradig energieaufwendig. Bei der Elektrolyse wird Wasser mittels zweier Elektroden (Anode und Kathode) unter Strom gesetzt. Der Wasserstoff tritt dabei auf der Kathodenseite gasförmig aus, während an der Anodenseite Sauerstoff entsteht.
Heizen mit Wasserstoff ist keine konkurrenzfähige Option.
Studie belegt: Grüner Wasserstoff als dezentrale Wärmelösung unwirtschaftlich
Der direkte Vergleich zeigte: Für die Gewinnung von Wasserstoff zum Heizen ist fünf- bis sechsmal mehr Strom notwendig, um denselben Wärmebedarf zu decken. „Aus Effizienzgründen ist der Einsatz von Wasserstoff für die Beheizung von Privathaushalten also keine konkurrenzfähige Option, da hier ein Vielfaches an grüner elektrischer Energie für die Elektrolyse im Vergleich zu Wärmepumpen notwendig wäre“, bilanziert Felix Doucet.
Grüner Wasserstoff zur zentralen Einspeisung in Wärmenetze
Auch wenn die Verbrennung von Wasserstoff zur dezentralen Wärmeerzeugung in Privathaushalten im Kostenvergleich mit Wärmepumpen der klare Verlierer ist. Die Entwicklung bei Grünen Wasserstoff geht voran und die Abwärme von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen, die zur Produktion von grünem Wasserstoff woanders notwendig sind, kann durchaus – eingespeist in Wärmenetze – „eine tolle Ergänzung sein“, so Doucet:
„So kann bei hohem Angebot erneuerbarer Energien und damit bei günstigen Strompreisen eine Wärmepumpe betrieben werden, bei hohen Strompreisen kann mit Kraft-Wärmekopplung Strom und Wärme aus einem Brennstoff erzeugt werden, zum Beispiel grünem Wasserstoff“.
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Wasserstoff als Energieträger: Drei weitere Studien kurz vor Veröffentlichung
Die Forscher setzen darum ihre Untersuchungen über die Anwendungen von Wasserstoff in verschiedenen Bereichen fort. Bis zum Sommer sollen drei weitere Studien der Reihe veröffentlicht werden. Sie widmen sich der Nutzung von Wasserstoff in der Mobilität, den Möglichkeiten der Wasserstoff-Erzeugung und seiner Anwendung in der Industrie, wo grüner Wasserstoff mangels anderer klimafreundlicher Optionen „praktisch alternativlos“ ist, so der Hamburger.
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