Welchen Energieträgern könnte die Zukunft gehören?
Die Energiewende gelingt nur dann, wenn auch die Industrie bei der Wärmegewinnung auf Erneuerbare Energien umsteigt. Doch welchen Energieträgern könnte die Zukunft gehören?
Die Ziele der Bundesregierung sind ehrgeizig: Bis 2045 soll Deutschland klimaneutral sein und bei der Erzeugung von Wärme auf fossile Energieträger verzichten. Ein Ziel, das Druck auf die Industrie ausübt. Zahlreiche Neuerungen drängen auf den Umstieg auf Erneuerbare Energien – etwa das Brennstoffemissionshandelsgesetz (BEHG), das in der Wärmeversorgung einen ansteigenden CO2-Preis für fossile Brennstoffe festsetzt.
Das Problem: Die Erneuerbaren Energien spielen bislang im Wärmebereich eine viel kleinere Rolle als im Strombereich. Ihr Anteil an der Wärmeversorgung beträgt laut Bundeswirtschaftsministerium derzeit nur knapp 14 Prozent. Viel zu wenig für die energiehungrige Industrie, die pro Jahr knapp 530 TWh Energie für Wärme- und Kälteanwendungen benötigt – zum Vergleich: Alle privaten Haushalte in Deutschland zusammen liegen mit 629 TWh nur wenig darüber.
Mit welchen Technologien und Energieträgern lässt sich die Energiewende in der Industrie bewerkstelligen?
Vorab sei klargestellt: In der Industrie ist der Wärmebedarf differenzierter als bei Wohngebäuden. Zum einen benötigen Unternehmen Niedertemperaturwärme bis 100 °C – etwa für Heizungen, Trocknungs-, Koch- oder Waschprozesse. Zum anderen ist für industrielle Prozesse jenseits des Heizens Hochtemperaturwärme von bis zu 500 °C gefragt. Diese Unterscheidung ist die erste große Weichenstellung, wenn es darum geht, Technologien zu diskutieren, die mit erneuerbaren Energieträgern arbeiten.
Wärmepumpen und Solarthermie eignen sich beispielsweise sehr gut für niedrige Temperaturen, etwa für die Erzeugung von Heißwasser oder Dampf. Perspektivisch gehen Experte davon aus, dass sich große Teile der notwendigen Niedertemperaturwärme in der Industrie mit Wärmepumpen decken lässt. In Szenarien des Bundeswirtschaftsministeriums liefern die Geräte 2045 bis zu 60 TWh, Solarthermieanlagen werden bis zu 12 TWh ergänzen. Für den Hochtemperaturbereich hingegen kommen andere Verfahren der klimaneutralen Wärmeerzeugung in Betracht – unter anderem direkte elektrische Verfahren, Biomasseverfahren und Power-to-X (PtX).
Wärme aus Biomasse: Hohe Nachfrage droht Preise explodieren zu lassen
Der größte Teil erneuerbarer Wärme entsteht laut Bundeswirtschaftsministerium derzeit durch die Verbrennung von Biomasse in fester, gasförmiger oder flüssiger Form. Im Jahr 2019 entstanden auf diese Weise 152 TWh Wärme – das sind rund 86 Prozent der mit Erneuerbaren Energien bereitgestellten Wärme. Mit knapp 80 TWh kam mehr als die Hälfte davon für Gebäudewärme zum Einsatz. Vorrangig im Bereich privater Haushalte. Die Industrie hingegen nutzt Biomasse als Energieträger in erster Linie für die Erzeugung von Wärme für Hochtemperaturprozesse.
Doch ist Biomasse für die Industrie ein Energieträger der Zukunft? Darüber streiten sich die Geister. Viele Szenarien gehen aufgrund der hohen sektorübergreifenden Nachfrage davon aus, dass mit stark ansteigenden Preisen für Biomasse zu rechnen ist. Eine solche Preisexplosion würde klar gegen den Zukunftsfaktor sprechen.
Großflächen-Solarthermie: Anteil dieses Energieträgers derzeit noch gering
Solarthermieanlagen sind für die Industrie eine interessante Möglichkeit, Wärme aus Erneuerbaren Energien zu erzeugen. Denn in Deutschland fallen laut Agentur für Erneuerbare Energien im Schnitt jährlich auf jeden Quadratmeter 1125 kWh Sonnenenergie. Kollektoren, die sich optimal auf Dächern großer Hallen installieren lassen, machen es möglich, diese Strahlung der Sonne in Wärmeenergie umzuwandeln. Die Kollektoren geben die Sonnenenergie dabei in der Regel an eine frostsichere Wärmeträgerflüssigkeit ab, welche die Energie über einen Wärmetauscher an Speicherwasser überträgt. Die Wärme lässt sich für Heizungen und Trinkwasser nutzen. Ein System, das so effektiv ist, dass Solarthermieanlagen 2045 laut Bundeswirtschaftsministerium bis zu 40 TWh Wärme bereitstellen werden – das entspricht bis zu zehn Prozent des gesamten Gebäudewärmebedarfs. Zum Vergleich: 2019 waren es erst 8 TWh.
Und lohnt sich die Solarthermie auch für die Industrie? Auch hier scheiden sich die Geister. Viele Unternehmen nutzen ihre Dachflächen lieber, um Solarmodule für die Erzeugung grünen Stroms zu erzeugen. Kommt Solarthermie in Ein- und Zweifamilienhäusern immer häufiger zum Einsatz, ist der Anteil der Großflächensolarthermie derzeit noch gering. Trotzdem ist eine erhebliche Ausbaudynamik zu beobachten. Oft kombinieren Anwender die Solarthermie dabei mit einem zweiten Wärmeerzeuger – etwa mit einer Wärmepumpe, deren Effizienz sich steigern lässt, indem die Solarthermieanlage das Temperaturniveau anhebt.
Geothermie: Wärme aus dem Erdinneren
Übrigens: Nicht nur die Energie der Sonnenstrahlen, sondern auch die Wärme im Erdinneren lässt sich nutzen, um klimafreundlich zu heizen. Hier kommt die sogenannte Geothermie ins Spiel. Anwender bohren dabei in Tiefen von bis zu 4.500 Metern nach heißem Tiefwasser, um es in Wärmenetzen oder Heizkraftwerken zu nutzen. Wie effektiv diese Methode ist, hängt stark von der Region ab. Lohnenswert ist die Investition vor allem in Gebieten, in denen hohe Wärmenachfrage und günstige geologische Voraussetzungen zusammentreffen. Es besteht allerdings immer das Risiko, bei Bohrungen nicht auf wärmespeichernde Schichten zu treffen.
Erdgas derzeit noch dominierender Energieträger
In der Zukunft der Erneuerbaren Energien wird Gas eine Schlüsselrolle spielen. Da Deutschland in den letzten Jahren ein großes Erdgasnetz ausgebaut hat, ist dieser umweltfreundliche Energieträger derzeit der dominierende Brennstoff für die Wärmeversorgung. Tendenz weiter steigend. Denn aktuell stellen viele Akteure in Folge des Kohleausstiegs die Kohle-Kraft-Wärme-Kopplung auf Gas-Kraft-Wärme-Kopplung um. Experten gehen davon aus, dass Erdgas auch 2030 noch eine bedeutende Rolle im Wärmesektor spielen wird. Das Medium wird die Energiewende begleiten. Und danach? Lässt sich das Gasnetz weiterhin nutzen – etwa für Biogas oder, mit leichter technischer Modifikation, auch für grünen Wasserstoff.
Grüner Wasserstoff: für die Energiewende nicht zu unterschätzen
Es existiert ein weiterer Energieträger, der in der klimaneutralen Zukunft eine wichtige Rolle spielen könnte: Wasserstoff. Er entsteht durch die Elektrolyse von Wasser, wenn sich Wasser (H2O) in Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H2) aufspaltet. Kommt bei diesem energieintensiven Prozess Strom aus Erneuerbaren Energien zum Einsatz, spricht man von grünem Wasserstoff. Das entsprechende Verfahren hört auf den Namen Power-to-Gas. Ähnlich wie Biogas lässt sich dieser grüne Wasserstoff verbrennen, um umweltfreundlich Wärme zu erzeugen. Infrarotheizungen von KÜBLER sind beispielsweise in der Lage, bis zu 20 Prozent Wasserstoff in Wärme umzuwandeln. In Kombination mit einem Wärmetauschsystem lässt sich die Abwärme der Heizungen zudem in den Heizkreisrücklauf einer Pumpe-Warmwasser-Heizung einspeisen. Bis zu 15 Prozent Energie, die bislang an die Umgebung verloren ging, gewinnen Anwender auf diese Weise zurück.
Und welchen Energieträgern wird die Zukunft nun gehören? Es gibt nicht die eine Energieform, die den gesamten Wärmebedarf der Industrie klimaneutral decken könnte. Mischformen werden sich durchsetzen. Dabei werden direkte thermische Verfahren eine Rolle spielen – also Solarthermie, tiefe Geothermie und Abwärme. Ebenso Technologien wie Wärmepumpen oder Power-to-Heat-Verfahren, die unterstützend Strom aus Erneuerbaren Energien benötigen. Doch egal welches Verfahren und welcher Energieträger: Die Energiewende wird nur gelingen, wenn sich gleichzeitig die Energieeffizienz von Industriegebäuden verbessert. Und auch dabei unterstützen Sie die Hallenheizungen von KÜBLER.