Sind Wärmepumpen der Schlüssel zur Beschleunigung der Energiewende?

von Trang Chu Minh | Sept. 24. 2022

Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) gelten Wärmepumpen seit langem als wichtige Lösung für die Elektrifizierung, doch sie machen nur weniger als 10 Prozent des weltweiten Gebäudewärmebedarfs aus.

Das IEA-Szenario „Netto-Null-Emissionen bis 2050“ würde die Installation von 600 Millionen Wärmepumpen weltweit bis 2030 erfordern, gegenüber 177,3 Millionen im Jahr 2020.

Da die Energiesicherheit angesichts zunehmender geopolitischer Spannungen und anhaltender Unterbrechungen der Lieferkette oberste Priorität hat, betonte die IEA außerdem den Einsatz von Wärmepumpen als Teil ihres 10-Punkte-Plans zur Verringerung der Abhängigkeit von russischem Erdgas.

Wärmepumpen funktionieren ähnlich wie Kühlsysteme wie Klimaanlagen (ACs), mit dem einzigen Unterschied, dass sie heißes statt gekühltes Wasser und/oder Luft produzieren und sowohl Heiz- als auch Kühloptionen bieten.

In den Wintermonaten übertragen Wärmepumpen Wärme aus der Kälte draußen, um Ihr Zuhause zu heizen, während sie im Sommer der Innenluft Wärme entziehen und kühle Luft zurückdrücken. Da sie Wärme aus der Luft, dem Wasser oder dem Boden übertragen, anstatt sie durch die Verbrennung von Öl oder Gas wie Kesseln oder Öfen zu erzeugen, verbrauchen Wärmepumpen viel weniger Energie und sind mindestens dreimal energieeffizienter als herkömmliche Heiz- und Klimaanlagen . Da Wärmepumpen mit Strom betrieben werden und dieser Strom aus erneuerbarer Energie stammt, können sie einen wesentlichen Beitrag zur Dekarbonisierung von Gebäuden leisten.

Trotz ihrer nachgewiesenen Vorteile in Bezug auf höhere Energieeffizienz und geringere CO2-Emissionen haben Wärmepumpen aufgrund von Kostenproblemen, Mangel an qualifizierten Installateuren und unzureichender Herstellung und politischer Unterstützung noch nicht das gleiche Marktwachstum wie Solar-, Wind- oder Batteriepumpen verzeichnet.

Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) halten in der Regel 15 bis 20 Jahre, sodass Haushalte realistischerweise nur alle ein bis zwei Jahrzehnte über einen Austausch nachdenken würden, wenn ihre vorhandenen Geräte ausfallen. In solchen Notfällen entscheiden sich Familien für die billigsten Geräte, die im Handel erhältlich sind, wobei Wärmepumpen oft nicht die zugänglichste oder kostengünstigste Option sind.

„Ein paar Dinge müssen aufeinander abgestimmt sein, um sicherzustellen, dass die Leute unter diesen Bedingungen eine Wärmepumpe bekommen. Auftragnehmer müssen mit der Technologie vertraut sein, damit sie sie empfehlen können. Wärmepumpen müssen beim örtlichen Händler vorrätig sein, also kaufen die Leute keine.“ „Wir müssen nicht zu lange warten. Der Preis muss niedrig genug sein, damit sich Familien die Vorabkosten leisten können. Und jedes Subventionsprogramm muss einfach genug zu navigieren sein, damit die Leute tatsächlich an das Geld kommen“, sagte Alexander Gard-Murray , ein politischer Ökonom am Climate Solutions Lab der Brown University.

Alle HVAC-Systeme – nicht nur Wärmepumpen – sind teuer in der Installation, und obwohl Wärmepumpen auf lange Sicht Einsparungen bei den Stromrechnungen ermöglichen, kann die Umstellung auf sie höhere Vorabkosten erfordern, einschließlich Hausmodernisierungen neben der Installation selbst.

Die durchschnittlichen Kosten einer Wärmepumpe variieren von Land zu Land und hängen von den Arbeitskosten, dem örtlichen Klima, der Größe Ihres Gebäudes, der Komplexität der Installation und der Art der Ausrüstung ab. Laut Jan Rosenow, Direktor für europäische Programme beim Regulatory Assistance Project (RAP), einer gemeinnützigen Energieorganisation, würde eine Wärmepumpe in Großbritannien beispielsweise etwa 12.000 US-Dollar kosten, in Polen dagegen etwa 8.500 US-Dollar.

In den USA schätzt die Klimaforschungsplattform Carbon Switch die Installationskosten auf 3.500 bis 20.000 US-Dollar, mit durchschnittlichen Kosten von etwa 14.000 US-Dollar nach Rabatten. Laut Nate Adams, CEO von HVAC 2.0, das sich auf den Bau kosten- und energieeffizienterer Häuser konzentriert, könnte die Installation einer höherwertigen Wärmepumpe, die besser für kältere Klimazonen geeignet ist, bis zu 18.000 bis 25.000 US-Dollar kosten. Ein einfaches HVAC-System kostet zwischen 9.000 und 12.000 US-Dollar.

Laut einer Studie von CLASP, einer gemeinnützigen Organisation, die sich für nachhaltigere und energieeffizientere Geräte einsetzt, könnten Haushalte jedoch nach der Installation zwischen 12 und 55 Prozent ihrer jährlichen Stromrechnung einsparen. Die genaue Höhe der Einsparungen hängt wiederum von denselben Faktoren ab, die zusätzlich zu Ihrem aktuellen Heiz- und Isoliersystem die Kosten für die Wärmepumpe bestimmen.

Die Betriebskosten variieren je nach Klima und Energiekosten, aber da die Erdgaspreise steigen und die Produktion erneuerbarer Energien zunimmt, „sind Wärmepumpen höchstwahrscheinlich die billigste Wärmequelle in allen außer den kältesten Klimazonen“, sagte Adams, der die Elektrifizierung zugänglich machen möchte für alle Hausbesitzer durch praktische Lösungen wie „The Electrify Everything Course“.

Wichtig ist, dass Carbon Switch gezeigt hat, dass die Umstellung auf Wärmepumpen Haushalten dabei helfen könnte, ihre CO2-Emissionen um bis zu 228 Tonnen zu senken – mehr als eine vegane Ernährung, die ihren CO2-Fußabdruck um etwa 1 Tonne pro Jahr reduzieren würde, und zehnmal mehr im Vergleich zur Installation von LED-Beleuchtung .

Die Schaffung der richtigen finanziellen Unterstützungsmechanismen, die die Vorlaufkosten für die Installation von Wärmepumpen senken könnten, sowie politische Änderungen, die eine Steigerung der Wärmepumpenproduktion fördern würden, seien für eine stärkere Akzeptanz von entscheidender Bedeutung, sagen Experten.

Eine Reform der Energiesteuer könnte ein politischer Hebel sein, um die Betriebskosten von Wärmepumpen im Vergleich zum Heizen mit Öl oder Gas zu senken, meint Rosenow. Einige Länder haben außerdem ein schrittweises Verbot von Heizsystemen mit fossilen Brennstoffen angekündigt, darunter Deutschland, das sich zum Ziel gesetzt hat, bis 2025 Heizsysteme zu installieren, die mindestens 65 Prozent erneuerbare Energie nutzen. Im Rahmen seines Boiler Upgrade Scheme bietet das Vereinigte Königreich Zuschüsse zur Kostensenkung an der Installation von Luft- oder Erdwärmepumpen.

In den USA wurde mit dem Inflation Reduction Act (IRA) eine Reihe von Anreizen eingeführt, darunter eine 30-prozentige Steuergutschrift von bis zu 2.000 US-Dollar. Diese gilt jedoch nur für Wärmepumpen, die vom Consortium for Energy Efficiency (CEE) den höchsten Wert erreicht haben Stufe für Effizienz, stellt Adams klar. Der Gesetzentwurf führte auch zusätzliche Rabatte für Haushalte mit niedrigem und mittlerem Einkommen ein, diese werden jedoch von einzelnen Bundesstaaten verwaltet, die bis zu zwei Jahre Zeit haben, das Programm umzusetzen.

„Es besteht immer noch das Risiko, dass trotz der großzügigen Subventionen immer noch eine Lücke zwischen dem Geld, das eine Familie mit niedrigem Einkommen erhält, und den Kosten einer neuen, hocheffizienten Wärmepumpe bestehen könnte“, sagte Gard-Murray.

Adams warnte außerdem, dass im nächsten Jahr neue Kältemittel und höhere Effizienzanforderungen zu erwarten seien, was Wärmepumpen teurer machen und die Anreize wahrscheinlich zunichtemachen würde.

Anstatt sich nur auf die Verbraucher zu konzentrieren, veröffentlichten Adams und Gard-Murray letztes Jahr zusammen mit CLASP einen Vorschlag für Hybrid Heat Homes (3H), ein Anreizprogramm, das sich an Hersteller und Händler richten würde. Ein Anreiz von 400 bis 500 US-Dollar würde denjenigen geboten, die vollständig von der Produktion und dem Verkauf von Einweg-Klimaanlagen auf Zwei-Wege-Wärmepumpen umsteigen.

Da der Herstellungs- und Installationsprozess für Klimaanlagen und Wärmepumpen nahezu identisch ist, würde laut Adams die Aufrüstung von einer Klimaanlage auf eine Wärmepumpe desselben Modells nur zusätzliche 300–600 US-Dollar an Großhandelskosten kosten.

„Grundsätzlich sind Klimaanlagen und Wärmepumpen identisch. Stellen Sie sich zwei identische Autos vor, aber eines hat einen Rückwärtsgang und das andere nicht“, sagte Adams.

Die Autoren schätzen, dass das Programm den Verbrauchern durch Anreize in Höhe von rund 10 Milliarden US-Dollar über einen Zeitraum von 10 Jahren 27 Milliarden US-Dollar an Stromrechnungen einsparen würde, zusätzlich zu 80 Milliarden US-Dollar oder mehr an zusätzlichen gesellschaftlichen Vorteilen dank reduzierter Luftverschmutzung und verbesserter Gesundheit.

Teile des 3H-Vorschlags wurden inzwischen in den Heating Efficiency and Affordability Tax Relief (HEATR) Act aufgenommen, obwohl darin auch Subventionen vorgeschlagen werden, die nicht an die Umstellung von Klimaanlagen auf Wärmepumpen geknüpft sind. HEATR wurde im Senat eingeführt, muss aber noch verabschiedet werden.

In ähnlicher Weise bereitet das Vereinigte Königreich eine Quote vor, die von den Herstellern verlangen würde, im Laufe der Zeit einen immer größeren Anteil an Wärmepumpen zu verkaufen.

Wärmepumpen können auch in zahlreichen industriellen Prozessen eingesetzt werden, beispielsweise beim Trocknen, Kochen, Destillieren, Vorwärmen oder Pasteurisieren in der Lebensmittel-, Papier- oder Chemieindustrie, von der Zuckerraffinierung bis zur Umwandlung von Abwärme in nutzbare Energie.

Auch wenn sich die Lösung noch im Anfangsstadium befindet, könnten Wärmepumpen ebenfalls dazu beitragen, die mit Wind und Sonne verbundenen Probleme der intermittierenden Energie zu lösen, indem sie Energie speichern und Häuser effektiv in riesige Batterien verwandeln.

„Wärmepumpen haben ein Lastprofil, das gut zur Windenergieerzeugung passt, wie frühere Untersuchungen zeigen. Die Kombination von Solarenergie vor Ort mit Wärmepumpen kann die Betriebskosten von Wärmepumpen senken und die Menge des aus dem Netz importierten Stroms reduzieren“, sagte Rosenow.

Laut IEA könnten Wärmepumpen zusammen mit Energiespeichern dazu führen, dass bis 2030 40 Prozent des Stroms durch Solar-PV und Windkraft erzeugt werden.

Die meisten Wärmepumpeninstallationen konzentrieren sich auf Industrieländer und China, während auf die übrigen Entwicklungsländer weltweit nur 4,3 Prozent der gesamten Wärmepumpennutzung entfallen. Die Förderung einer stärkeren Einführung von Wärmepumpen in Entwicklungsländern, deren Energiebedarf weiterhin stark auf fossile Brennstoffe angewiesen ist, wird für die globalen Dekarbonisierungsbemühungen gleichermaßen von entscheidender Bedeutung sein.

Da die Nachfrage nach Klimaanlagen steigt, könnte die Einführung einer Richtlinie, die sicherstellt, dass es sich bei neuen Klimaanlagen um Zwei-Wege-Wärmepumpen handelt, eine Möglichkeit sein, den Einsatz zu steigern, rät Adams.

Die Verbesserung der Kennzeichnungsstandards, um Verbraucher darüber aufzuklären, wie viel sie mit einer Wärmepumpe sparen können, und die Unterstützung von Entwicklungsländern beim Aufbau einer saubereren Energieinfrastruktur durch Hilfe und Technologietransfer werden ebenfalls von entscheidender Bedeutung sein, um sicherzustellen, dass Strom billig genug ist, um die Umstellung auf Wärmepumpen voranzutreiben, fügt hinzu Gard-Murray.

Wie Rosenow sagte: „Nicht alle Gebäude werden über eine Wärmepumpe verfügen und auch andere Technologien wie Fernwärme und Solarthermie werden eine wichtige Rolle spielen.“ Allerdings identifizieren die meisten Analysen Wärmepumpen als wichtigste Heiztechnologie, um die Klimaziele zu erreichen.“ ."

Trang Chu Minh hat zuvor über den Tigerschutz geschrieben.

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