Umweltfreundlich, zukunftsfähig, effizient – die Wärmepumpe gilt als Superstar für Klima und Geldbeutel. Doch was macht die Heiztechnologie so nachhaltig und lässt sie sich komplett CO₂-neutral betreiben? Antworten auf diese und weitere Fragen sowie Tipps, wie man die Umweltfreundlichkeit von Wärmepumpen sogar noch steigern kann, gibt dieser Artikel.
Laut Umweltbundesamt entfallen rund 35 % des deutschen Endenergieverbrauchs und etwa ein Drittel der CO₂-Emissionen auf das Beheizen und die Warmwasserbereitstellung für Gebäude. Da Wärmepumpen keine fossilen Brennstoffe benötigen, sondern stattdessen Umweltenergie aus Luft, Erde oder Wasser beziehen, ist ihr CO₂-Ausstoß deutlich geringer als der von konventionellen Gas- oder Ölheizungen.
Zum Vergleich: Pro Kilowattstunde Wärme erzeugt eine Gastherme laut Angaben des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle ca. 201 Gramm CO₂. Bei einem typischen Verbrauch von 20.000 kWh pro Jahr entspricht das gut 4 Tonnen CO₂!
Wird eine Wärmepumpe mit Strom aus dem Netz betrieben, werden pro benötigter Kilowattstunde 366 Gramm CO₂ ausgestoßen. Die Emissionen pro kWh sind also höher. Aber: Für 20.000 kWh Wärme benötigt eine moderne Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 4 nur 5.000 kWh Strom. Das entspricht einem jährlichen CO₂-Ausstoß von etwa 1,8 Tonnen pro Jahr. Somit stößt eine Gasheizung mehr als doppelt so viel CO₂ aus wie eine Wärmepumpe!
Dadurch, dass eine Wärmepumpe bereits vorhandene Wärme aus der Umwelt nimmt, statt Wärme durch Verbrennung erst zu erzeugen, hat sie den höchsten Wirkungsgrad aller Heizsysteme.
Sie kann also aus 1 kWh elektrischer Energie 3 bis 5 kWh Wärmeenergie erzeugen.
Auch wenn eine Wärmepumpe von Haus aus sehr effizient und damit nachhaltig ist, wird ihre tatsächliche Umweltfreundlichkeit von verschiedenen Faktoren beeinflusst:
All diese Punkte tragen zur Effizienz der Wärmepumpe bei und je effizienter eine Wärmepumpe arbeitet, desto nachhaltiger ist sie.
Herstellung, Installation, Betrieb und Entsorgung sind wichtige Phasen im Hinblick auf die Nachhaltigkeit von Wärmepumpen.
Wie alle Heizungssysteme hat auch die Wärmepumpe einen Herstellungsprozess, der nicht ohne CO₂-Emissionen und andere Umweltauswirkungen auskommt. Rohstoffe wie Kupfer, Stahl, Aluminium und seltene Erden werden für die Herstellung abgebaut, transportiert, weiterverarbeitet und zusammengefügt. Diese Schritte verbrauchen Energie und setzen CO₂ frei. Das lässt sich nicht vermeiden und ist bei Öl- oder Gasheizungen nicht anders.
Je schonender und nachhaltiger diese Prozesse ablaufen, desto umweltfreundlicher ist die Herstellung der Wärmepumpe.
Stellschrauben im Herstellungsprozess sind:
Übrigens: Enpal macht seinen CO-Fußabdruck sehr transparent und veröffentlicht jährlich eine Klimabilanz.
Das verwendete Kältemittel in der Wärmepumpe spielt ebenfalls eine Rolle beim Thema Nachhaltigkeit. Heute setzen viele Hersteller auf umweltfreundliche Varianten wie Propan (R290). Dieses natürliche Kältemittel hat ein sehr geringes Treibhauspotenzial und bekommt deshalb vom Staat auch 5 % Effizienzbonus bei der Förderung.
Früher kamen vor allem sogenannte F-Kältemittel bzw. F-Gase dafür zum Einsatz. Diese wurden synthetisch hergestellt, indem Kohlenwasserstoffe behandelt wurden. Vor allem Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) erlangten aufgrund ihrer umweltschädigenden Eigenschaften zweifelhafte Berühmtheit. Im Jahr 2000 wurden sie verboten. Als Ersatz kamen die Fluorkohlenwasserstoffe (FKW), z. B. Difluormethan (R32). Die schädigen zwar nicht die Ozonschicht, tragen aber zum Treibhauseffekt bei. Mit der F-Gase-Verordnung schränkt die EU auch ihre Verwendung immer weiter ein.
Die Montage der beliebten und einfach zu installierenden Luft-Wasser-Wärmepumpe hat in der Regel keinerlei Konsequenzen für die Umwelt. Insgesamt sind die Auswirkungen auf die Umwelt durch die Installation von Wärmepumpen vernachlässigbar gering.
Erdwärmepumpen mit Sonden und Grundwasserwärmepumpen benötigen allerdings tiefe Bohrungen im Erdreich, was einen Eingriff in geologisch sensible Zonen bedeutet. Bei unsachgemäßer Durchführung kann es zu einer Verschmutzung der Grundwasserschichten kommen. Ebenso werden die notwendigen Maschinen in den meisten Fällen mit Diesel betrieben, was CO₂-Ausstoß mit sich bringt.
Ein weiterer Aspekt ist die Entsorgung der Materialien im Erdreich bei Verschleiß oder Defekt. Da dies zumeist zu aufwendig und/oder kostenintensiv ist, werden Erd- und Wasserwärmepumpen in vielen Fällen lediglich stillgelegt, nicht aber komplett zurückgebaut. Somit verbleiben oft Teile der Wärmepumpe im Erdreich, was jedoch in der Regel keine Konsequenzen hat.
Ein wesentlicher Faktor für die Nachhaltigkeit von Wärmepumpen ist der Strom, mit dem sie betrieben werden. Da geht es zum einen um die Menge und zum anderen um die Stromquelle.
Je effizienter die Wärmepumpe arbeitet, desto weniger Strom verbraucht sie und desto klimafreundlicher ist sie. Die bereits genannten Punkte zur Steigerung der Effizienz der Wärmepumpe sorgen also auch für einen niedrigeren Stromverbrauch und höhere Einsparungen.
Ist der für die Wärmepumpe verwendete Strom fossilfrei, macht das die Heizungsanlage besonders umweltfreundlich. Zertifizierter Ökostrom, der zu 100 % aus Wind- oder Sonnenenergie und anderen erneuerbaren Quellen besteht, ist ideal.
Noch besser ist es, die Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage zu kombinieren und diese so quasi kostenlos und ohne CO₂-Emissionen mit Solarstrom vom eigenen Dach zu betreiben.
Übrigens: Es ist anzunehmen, dass der Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Strommix immer größer wird. Dadurch werden Wärmepumpen mit der Zeit immer nachhaltiger. Das kann bisher keine andere Heizung von sich behaupten!
Ein Aspekt, der noch wenig erforscht ist, ist die Entsorgung von Wärmepumpen. Hier gilt grundsätzlich: Je länger die Wärmepumpe vor ihrer Entsorgung genutzt wird, desto nachhaltiger ist sie. Mit optimalen Einstellungen, professioneller Installation und regelmäßiger Wartung kann eine Wärmepumpe 20 Jahre und länger laufen.
Muss sie dann doch ausgetauscht werden, lohnt es sich zu prüfen, ob die gesamte Anlage oder zumindest Teile davon noch weiter verwendet werden können. Die restlichen Komponenten sollten professionell entsorgt und im besten Fall recycelt werden.
Je mehr Wärmepumpen in Deutschland installiert werden, desto mehr Strom wird benötigt. Die Stromnachfrage kann für sogenannte Lastspitzen im Stromnetz sorgen. Das sind Zeiten, in denen sehr viel Strom gebraucht wird. Das ist bei Wärmepumpen vor allem an kalten Wintertagen der Fall.
Das Gute: Wärmepumpen können mit entsprechender Steuerung das Stromnetz sogar stabilisieren und gleichzeitig flexibler machen. Sie können ihren Strombezug zeitlich verschieben und gezielt dann Wärme produzieren, wenn viel Strom verfügbar ist oder ihre Leistung herunterfahren, wenn Stromengpässe drohen. Der Komfort für Verbraucher wird dadurch nicht beeinträchtigt.
Statt einer drohenden Belastung durch viele Wärmepumpen am Stromnetz, wird die fortschrittliche Heiztechnologie mit der richtigen Steuerung zum wichtigen Baustein in der Stromnetzstabilisierung.
Es gibt einige Faktoren, die die Umweltbilanz von Wärmepumpen mit der Zeit noch verbessern können:
Was heute schon umgesetzt wird und sehr sinnvoll ist, ist die Integration der Wärmepumpe in das sogenannte Smart Grid, das intelligente Stromnetz. Dafür muss sie “SG Ready” sein, das sind aber die meisten Wärmepumpen heutzutage. Eine solche Wärmepumpe kann mit dem Smart Grid interagieren und von einem Energiemanager intelligent gesteuert werden. Dadurch kann sie auf die Menge des verfügbaren Stroms reagieren: Bei Lastspitzen wird ihre Leistung gedrosselt und das Stromnetz deutlich entlastet.
Übrigens: Vor der sogenannten EVU-Sperre brauchen Wärmepumpennutzer keine Angst mehr zu haben – eine komplette Abschaltung der Wärmepumpe ist seit dem 1. Januar 2024 nicht mehr zulässig.
Bei der Kombination aus Wärmepumpe mit Photovoltaik (PV) sprechen die Geräte über die SG Ready-Schnittstelle miteinander. Über diese reagiert die Wärmepumpe auf Signale des Smart Grids oder der PV-Anlage und passt ihren Betrieb entsprechend an.
Je mehr Wärmepumpen an das intelligente Stromnetz angeschlossen sind, desto größer ihr Effekt. Mehr zu dem Thema finden Sie auch hier: Virtuelles Kraftwerk
Von Sektorenkopplung spricht man, wenn die verschiedenen Energieverbrauchssektoren (Strom, Wärme, Verkehr und Industrie) miteinander vernetzt werden. Ziel ist es, erneuerbare Energie effizienter und nachhaltiger zu nutzen und fossile Energieträger zu ersetzen.
Wärmepumpen spielen dabei eine wichtige Rolle. Sie können überschüssigen Ökostrom in Wärme umwandeln und in Speichern zwischenlagern. Dabei entstehen viel weniger Verluste als z. B. bei der Umwandlung von Strom in Brennstoffe wie Wasserstoff oder Methan.
Eine weiter voranschreitende Sektorenkopplung wirkt sich auch positiv auf die Nachhaltigkeit von Wärmepumpen aus.
Es ist davon auszugehen, dass der Strommix in Deutschland und Europa einen immer höher werdenden Anteil aus erneuerbaren Energien enthält. Je mehr fossilfreier Strom für den Wärmepumpenbetrieb zum Einsatz kommt, desto nachhaltiger ist sie.
Die Entwicklung von Wärmepumpen macht immer weitere Fortschritte. Mit der Verbesserung von Komponenten der Pumpe, z. B. dem Verdichter kann ihre Effizienz und damit ihre Nachhaltigkeit gesteigert werden. Auch neue Kältemittel komplett ohne Treibhauspotenzial oder andere Umweltauswirkungen würden Wärmepumpen noch umweltfreundlicher machen.
Ebenso ist es denkbar, dass zukünftige Wärmepumpen gar kein Kältemittel mehr brauchen. Derzeit gibt es Forschungen zu alternativen Wirkungsweisen von Wärmepumpen, z. B. thermoakustisch, magneto- oder elektrokalorisch. Eine thermoakustische Wärmepumpe erzeugt Wärme, indem Schallwellen unter Druck stehendes Helium komprimieren. Diesen Effekt kennt man von einer sich bei Benutzung erhitzenden Luftpumpe für Fahrradreifen.
Magneto- oder elektrokalorische Wärmepumpen nutzen Magnet- bzw. elektrische Felder, um Wärme zu erzeugen. Dafür nutzen sie physikalische Effekte, die dafür sorgen, dass sich bei Anlegung des Feldes die Moleküle im Material anders ausrichten, was zu einer Erwärmung des Materials führt. Bis diese Techniken Marktreife erlangen, wird es jedoch noch etwas dauern.
Wärmepumpen sind durch ihre clevere Funktionsweise und ihren hohen Wirkungsgrad sehr nachhaltig. Auch wenn ihre Herstellung nicht komplett emissionsfrei ist, überwiegen die Vorteile im Betrieb. Wird sie in einem gut gedämmten Gebäude mit Ökostrom oder eigenem Solarstrom betrieben, regelmäßig gewartet und am Ende ihres Lebenszyklus recycelt, kann keine andere Heizung der Wärmepumpe im Hinblick auf Nachhaltigkeit das Wasser reichen.
Mit einem immer höher werdenden Anteil erneuerbarer Energien im Strommix, fortschreitender Technologie-Entwicklung und Smart Grid Integration steigt auch die Nachhaltigkeit der Wärmepumpe.
Ob sich eine Wärmepumpe auch für Ihr Haus lohnt, finden Sie hier heraus:
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