Klimaschutz durch innovative Fernwärme
27 Jun 2022
Weltweit wird es immer wärmer. Dabei steht es außer Frage, dass wir alle unsere Kohlendioxid(CO2)-Emissionen reduzieren müssen, um die Erde zu schützen. Wie kann GEA mit seiner Fernwärmetechnologie einen Beitrag dazu leisten?
Überall auf der Welt wird über CO2-Emissionen heftig diskutiert. Erst im letzten Jahr auf der Weltklimakonferenz COP26 in Glasgow haben Dutzende Staaten noch einmal bekräftigt, ihre Emissionen mit allen Mitteln senken zu wollen. Die Lebensmittelindustrie und andere einflussreiche Branchen, die für einen Großteil der schädlichen Emissionen verantwortlich sind, haben umfassende Umweltversprechen abgegeben. Daneben wird immer häufiger auf Fernwärmesysteme gesetzt, um den CO2-Ausstoß nicht nur für ein einzelnes Haus oder Unternehmen, sondern für ganze Orte zu reduzieren.
Wärmepumpen sind keine neue Erfindung. Aber angesichts des schnellen Ausbaus erneuerbarer Energien sind sie im Kampf gegen CO2-Emissionen einfach noch wichtiger geworden. Wenn diese äußerst effiziente Methode zur Wärmeumwandlung nun mit Initiativen zur Entwicklung von Fernwärmesystemen für private und kommunale Gebäude verbunden wird, stehen wir vor einer Revolution. In Verbindung mit einer stärkeren Nutzung natürlicher Kühlmittel wie Ammoniak entsteht so eine Technologie, die eine wirklich „grüne“ Heizlösung auf kommunaler Ebene ermöglicht.
Unnötige Abhängigkeit vom Gas
Laut Eurostat, dem Statistische Amt der Europäischen Union, entfällt 27,2 % des gesamten Energieverbrauchs in Europa auf Privathaushalte. Davon werden wiederum fast 80 % für die Warmwasserversorgung und zum Heizen verbraucht.1 Eine aktuelle Untersuchung (März 2022) von Statista zeigt, dass 87 % der Privathaushalte im Vereinigten Königreich mit Gas heizen.2 Rechnet man noch alle öffentlichen Gebäude – Büros, Bibliotheken, Gerichte, Schwimmbäder, Schulen usw. – dazu, ist unsere Abhängigkeit vom Gas, was das Heizen geht, enorm.
Allerdings ist dies nach Ansicht von Kenneth Hoffmann, Product Manager Heat Pumps bei GEA Heating & Refrigeration Technologies, völlig unnötig: „Für eine konstante Temperatur von 18 bis 21 °C muss Gas nicht bei 600 °C verbrannt werden, um sich wohlzufühlen. Mit Wärmepumpen können wir die Temperatur der Luft, die von außen nach innen geleitet wird, erhöhen, damit sich alle zuhause wohlfühlen – ganz ohne Gas.“
Wenn dasselbe Konzept nun auf eine Vielzahl von Häusern angewendet würde, wäre dies ein bedeutender Schritt hin zu einer Reduzierung unserer Gesamtemissionen. Und im industriellen Maßstab, bei Einbindung ganzer Landkreise und Kommunen? Das wäre ein echter Game-Changer!
Warum sind Wärmepumpen besser?
Wir wollen die Stromerzeugung dekarbonisieren. Wärmepumpen werden aber mit Strom betrieben. Wie kann das dann besser sein als der Status quo? Kenneth Hoffmann erklärt dies mit der Überlastung des Stromsystems: „Es könnte niemals den erhöhten Energiebedarf decken. Aber mit Wärmepumpen, die im Vergleich zu Gasthermen oder elektrischen Kesseln bis zu fünfmal mehr Wärmeenergie pro kWh Primärenergie (Strom) erzeugen, lässt sich der Gesamtverbrauch an Strom in einem vertretbaren Rahmen halten.“
Strom wird zunehmend aus erneuerbaren Quellen erzeugt. Daher verbessert sich auch die Klimabilanz einer neu eingebauten Wärmepumpe von Jahr zu Jahr. Bis der Strom schließlich sogar zu 100 % aus erneuerbaren Quellen stammt. „Indem wir Energieeffizienz mit weniger Gasverbrauch kombinieren, können wir die gewünschte Dekarbonisierung der Gesellschaft erreichen“, fügt Kenneth Hoffmann hinzu.
Das Fernwärmesystem
Ein modernes, effizientes Fernwärmesystem mit Ammoniak-Wärmepumpen ist die bestmögliche Variante. Mit einem geringen Einsatz von (idealerweise erneuerbarem) Strom kann eine solche Lösung Wärme aus einer Reihe verschiedener Quellen erzeugen, z. B. aus der Luft, dem Boden, einer Fabrik, einem U-Bahn-Netz oder einer Wasseraufbereitungsanlage. Das System kann dann auf Temperaturen von bis zu 95 °C hochgefahren werden, um die Umgebung direkt mit Wärme oder Warmwasser (oder beidem) zu versorgen.
Das System funktioniert am besten bei einer hohen Bevölkerungsdichte und ist besonders wirtschaftlich, wenn es bei der Erschließung eines Gebiets oder im Rahmen großer Infrastrukturprojekte installiert wird. Eine Voraussetzung ist dies allerdings nicht. Im Hafengebiet der südschwedischen Stadt Malmö wurden beispielsweise vier GEA Wärmepumpen mit einer Heizleistung von je 10 MW neben einer Kläranlage und Müllverbrennungsanlage installiert, die nun 8 % der Gesamtenergie für etwa 100.000 Haushalte liefern und so rund 50.000 Tonnen CO2 pro Jahr einsparen.
GEA setzt mit 95 °C einen neuen Maßstab für Standard-Wärmepumpen
GEA Technologie und die Bedeutung von Ammoniak
Die Verwendung von Ammoniak ist ein wichtiger Fortschritt bei der Entwicklung von Fernwärmetechnik. Viele ältere Systeme nutzen zur Kühlung nach wie vor fluorierte Gase, auch kurz als F-Gase bezeichnet, die in Europa schrittweise beschränkt werden. Im Gegensatz zu F-Gasen ist Ammoniak klimafreundlich, leicht verfügbar, kostengünstig und trägt nicht zur globalen Erwärmung bei. GEA hat in den letzten Jahren eine führende Rolle bei der Entwicklung dieser Technologie eingenommen.
Unsere GEA Ingenieure widmeten sich zunächst der Erforschung und Perfektionierung der Methodik. Anschließend setzten sie die Technologie so ein, dass eine deutlich bessere Versorgung der Kommunen und Reduzierung der von den Versorgungsunternehmen erzeugten CO2-Menge möglich wurden.
GEA ist ständig auf der Suche nach Innovationen, um sein Portfolio an Wärmepumpen zu erweitern und seine Spitzenposition im Bereich der Fernwärmetechnik zu behaupten. Demnächst werden wir weitere Fortschritte bei dieser bahnbrechenden Technologie bekanntgeben können. Dazu gehört ein kürzlich erhaltener Auftrag für eine 22-MW-Wärmepumpe, einschließlich unseres neuen Hochdruck-Schraubenverdichters, für einen Kunden in Osteuropa.
Die Technologie im Einsatz
Aber zunächst zu einigen unglaublichen Innovationen, die bereits heute einen Beitrag zum Erhalt der Umwelt leisten. Die riesige Marienlyst-Arena in Drammen, Norwegen, kann im Winter als wettkampftaugliche Eishalle und im Sommer mit einer 400-m-Laufbahn für Leichtathleten und als Fußballstation betrieben werden. Die bei der Eisbildung entzogene Wärme wird durch GEA Wärmepumpen aufbereitet und anschließend zur Wärmeversorgung der Stadt genutzt. Im Sommer wird die Temperatur unter dem Fußballplatz erhöht, und die Wärmepumpe arbeitet als Erdwärmepumpe, um die Haushalte mit klimaneutralem Warmwasser zu versorgen.
In Turku in Finnland hat GEA wiederum ein 10 MW starkes Fernwärmesystem installiert, das die Restwärme aus einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage nutzt. Die Ammoniak-Wärmepumpen fahren die Wärme von etwa 25 °C auf bis zu 85 °C hoch und versorgen die 190.000 Einwohner der Stadt über das Hauswärmenetz. Abgesehen von einer geringen Menge Strom, der zunehmend aus erneuerbaren Quellen stammt, ist der gesamte Prozess klimaneutral.
Im Londoner Stadtbezirk Islington nutzt das Projekt „Bunhill Heat and Power Network (BHPN)“ die Abwärme aus dem Londoner U-Bahn-System und bereitet diese mit GEA Wärmepumpen auf, um rund 1.350 Haushalte, eine Schule und zwei Freizeitzentren mit Wärme und Warmwasser zu versorgen. Dies wird als ein wichtiger Schritt für das Islingtoner Ziel angesehen, bis 2030 klimaneutral zu werden.
Dies sind nur einige Beispiele für die unermüdliche Arbeit, die die Ingenieure von GEA jeden Tag auf der ganzen Welt leisten, um die Vorteile der GEA Ammoniak-Wärmepumpen für Fernwärmesysteme zu nutzen.
Installierte GEA Wärmepumpe im Bunhill 2 Energy Centre zur Nutzung der Abwärme aus dem Londoner U-Bahn-Netz
Taten statt Worte
Mehr als die Hälfte des weltweiten Energieverbrauchs entfällt auf das Heizen. Es besteht daher kein Zweifel, dass dieser Bereich eine große Rolle bei den CO2-Emissionen spielt.3 Was wir keinesfalls unterschätzen dürfen: wie wichtig die Integration geeigneter Technologie und ein systemorientierter Ansatz sind, um den Einsatz erneuerbarer Energien durch Wärme, die andernfalls ungenutzt bliebe, drastisch auszubauen. Ebenso führt am schrittweisen Ausstieg aus der Kohle und anderen fossilen Energieträgern bei gleichzeitiger Innovation in die Zukunft kein Weg vorbei. Der Einsatz von Wärmepumpen in der Fernwärmeversorgung hilft nicht nur allgemein der Umwelt, er hat auch eine lokale Wirkung: Im Gegensatz zu Gaskesseln stoßen Wärmepumpen keine Stickoxide (NOx) aus. Sie führen daher zu saubererer Luft in Städten und anderen städtischen Gebieten und haben zudem auch finanzielle Vorteile.
Zurück zu den globalen Umweltzielen und Verpflichtungen. Wie bei der COP26 festgestellt wurde, wird ein weltweiter Temperaturanstieg um 2 °C schwerwiegende und weitreichende Auswirkungen auf Mensch und Natur haben. Bei 1,5 °C wären die Auswirkungen zwar nach wie vor ernst, aber nicht so gravierend. Das letztgenannte Ziel gilt weiterhin, wobei abzuwarten ist, ob in Zukunft möglicherweise noch strengere Forderungen folgen werden.
Eine nachhaltige Strategie
GEA hat sie – und zwar schon seit vielen Jahren. Unsere SEnS-Initiative für nachhaltige Energielösungen spielt eine Schlüsselrolle bei dieser Strategie. Sie setzt auf eine völlig neue Art der Integration von Prozessen und Versorgungseinrichtungen (Kühlung und Heizung), um den Energieverbrauch zu senken, die CO2-Bilanz zu verbessern und die Kosten in verschiedenen Bereichen zu senken.
Zusammenarbeit und Innovation sind wesentliche Bestandteile bei der Bewältigung der vor uns liegenden Klimaherausforderungen. Daher investieren wir Millionenbeträge in neue Testzentren, die 2023 in Betrieb gehen werden. Dort stehen hochmoderne Anlagen, die natürliche Kühlmittel verwenden, zu 90 % automatisiert sind, rund um die Uhr laufen können und für die Industrie 4.0 bereit sind.
Fernwärmesysteme, die mit Wärmepumpen von GEA betrieben werden, sind nur ein – wenn auch wichtiger – Teil der Gesamtlösung. Außerdem sollten wir die Macht der Überzeugung nicht unterschätzen: Wenn die Verbraucher sehen, dass ihre Energierechnungen und Emissionen durch ein Fernwärmesystem gesenkt werden, sind sie eher bereit, andere nachhaltige Initiativen zu unterstützen und Großunternehmen zu ermutigen, Teil der Lösung und nicht des Problems zu sein.
Wenn die Welt ihr Ziel, bis 2050 den Kohlenstoffausstoß auf null zu reduzieren, wirklich erreichen will, wird die Zeit langsam knapp. GEA hat das Wissen, die Technologie und die Fähigkeit, Projekte zur Entwicklung sauberer Heizungslösungen erfolgreich umzusetzen. Nur so können aktuelle und zukünftige Emissionsziele eingehalten und ein echten Beitrag zum Umweltschutz für die Generationen von morgen geleistet werden.
