Heizung: Wärmepumpe oder Wasserstoff – Hamburger Studie eindeutig
Eine Hamburger Studie vergleicht den Energieaufwand von Wasserstoff und Wärmepumpe. Dabei kommen die Wissenschaftler zu einem ernüchternden Fazit.
Hamburg – Wasserstoff gilt als Energiequelle der Zukunft, auch im Fahrzeugantrieb. Inzwischen konnte bereits durch deutsche Forscher ein Wasserstoff-Auto mit einer Reichweite von bis zu 1000 Kilometer entwickelt werden. Aber wie sieht es mit Wasserstoff im Heizungsbereich aus, der in der Herstellung immer noch aufwendig und teuer ist.?
Ein Forscherteam des Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E) der HAW Hamburg hat untersucht, ob die Verbrennung von Wasserstoff eine künftige Alternative zur Beheizung von Privathaushalten sein könnte. Das Ergebnis ist eindeutig: „Der Strombedarf zur Herstellung des grünen Wasserstoffs ist deutlich höher als die bereitgestellte Wärme“, so Studienleiter Dr. Felix Doucet gegenüber kreiszeitung.de von IPPEN.MEDIA.
Wasserstoff versus Wärmepumpe: Vergleich im Norddeutschen Reallabor
Für die Untersuchung verglich das Forscherteam im Rahmen des Verbundprojekts „Norddeutsches Reallabor“ den Energieaufwand, ein unsaniertes Einfamilienhaus mit grünem Wasserstoff zu heizen, mit dem einer modernen Wärmepumpe. Dabei wurde ein jährlicher Bedarf von 40.000 Kilowattstunden angenommen. Das Ergebnis: Für die Gewinnung der zum Heizen notwendigen Menge grünen Wasserstoffes entsteht ein Strombedarf von 67.000 Kilowattstunden, während eine moderne Wärmepumpe nur 12.000 Kilowattstunden für die Bereitstellung der Wärme benötigt.
Wie eine Wärmepumpe funktioniert
Eine Wärmepumpe besteht aus einem geschlossenen Kreislaufsystem, das ein Kältemittel enthält und ähnlich wie ein Kühlschrank arbeitet. Zunächst wird das Kältemittel in einem Verdampfer auf niedriger Temperatur verdampft, wodurch es Wärme aus der Umgebung (zum Beispiel aus der Luft, dem Erdreich oder Wasser) aufnimmt.
Anschließend wird das dampfförmige Kältemittel durch einen Kompressor auf höhere Temperatur und Druck gebracht und wieder verflüssigt. Dabei wird die aufgenommene Wärme an das Heizsystem abgegeben.
Für den Betrieb der Wärmepumpe wird Strom benötigt, jedoch wird dieser nicht direkt zum Aufheizen verwendet. 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.
Wärmepumpe gewinnt bei der Energieeffizienz und schlägt Wasserstoff um Längen
Die Wärmepumpe ist also in der Energiebilanz „praktisch nicht zu schlagen“, erklärt Doucet. „70 Prozent der Wärmeenergie werden aus der Umgebungswärme gewonnen“, so der Wissenschaftler. Ein ähnliches Prinzip nutzt auch ein Nachtclub, der mit der Körperwärme seiner Besucher heizt.
Die Wärmepumpe ist in der Energiebilanz praktisch nicht zu schlagen.
Die Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse ist ein gängiges Verfahren, jedoch äußerst energieaufwendig. Bei der Elektrolyse wird Wasser mittels zweier Elektroden unter Strom gesetzt. Auf der Kathodenseite tritt der Wasserstoff gasförmig aus, auf der Anodenseite entsteht Sauerstoff.
Was ist grüner Wasserstoff und wie wird er hergestellt?
Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt. Dieses Verfahren ist jedoch sehr energieaufwendig. Wenn der Energiebedarf für die Elektrolyse aus Erneuerbaren Energien wie Windenergie oder Sonnenenergie gedeckt wird, spricht man von grünem Wasserstoff.
Grüner Wasserstoff gilt als die einzige umweltfreundliche und klimaneutrale Möglichkeit, Wasserstoff zu erzeugen. Da zu seiner Herstellung 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.
Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse energieaufwendig
Die Studie verglich die Effizienz der Wasserstoff-Produktion durch Elektrolyse mit der Nutzung von Wärmepumpen zur Heizung von Privathaushalten. Das Ergebnis ist eindeutig: Um denselben Wärmebedarf zu decken, wird für die Erzeugung von Wasserstoff zum Heizen fünf- bis sechsmal mehr Strom benötigt. Felix Doucet fasst zusammen: „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“.
Erneuerbare Energien: Grüner Wasserstoff als Ergänzung zur Wärmeversorgung durch Wärmenetze
Obwohl Wasserstoff bei der dezentralen Wärmeerzeugung im Vergleich zu Wärmepumpen schlecht abschneidet, kann er als Ergänzung zur Wärmeversorgung durch Wärmenetze genutzt werden. Die Abwärme von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen, die zur Herstellung von grünem Wasserstoff an anderer Stelle notwendig sind, kann beispielsweise eingespeist werden. „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“, erklärt Doucet.
Weitere Studien zur Anwendung von Wasserstoff in verschiedenen Bereichen
Die Forscher setzen ihre Untersuchungen zur Anwendung von Wasserstoff in verschiedenen Bereichen fort. Bis zum Sommer sollen drei weitere Studien veröffentlicht werden, die sich mit der Nutzung von Wasserstoff in der Mobilität, der Wasserstoff-Erzeugung und seiner Anwendung in der Industrie befassen. Grüner Wasserstoff ist in der Industrie aufgrund mangelnder klimafreundlicher Alternativen „praktisch alternativlos“, so Doucet.
Dieser Artikel wurde mithilfe maschineller Unterstützung erstellt und vor der Veröffentlichung von Redakteur Johannes Nuß sorgfältig überprüft.