Erneuerbare Wärme

Das Interesse an erneuerbarer Wärme ist groß – nicht nur in Anbetracht der kontinuierlich steigenden Preise für Öl und Gas, sondern vor allem auch vor dem Hintergrund des Klimawandels. Die „grüne Wärme“ lässt sich aus verschiedenen nachhaltigen Quellen gewinnen, zum Beispiel durch Solarthermie oder Bioenergie. Hier lesen Sie mehr darüber, welche die Hauptquellen für erneuerbare Wärme sind und wie aus diesen Quellen Wärme gewonnen wird.

Was genau ist „erneuerbare“ Wärme? 

In Deutschland entfällt mehr als die Hälfte des Endenergieverbrauchs auf Wärme. Den größten Anteil am Wärmeverbrauch haben die Raumwärme (beispielsweise zur Beheizung von Wohnhäusern) und die Prozesswärme (die beispielsweise zum Kochen, Waschen oder für Schweißarbeiten aufgewendet wird). Derzeit wird der größte Teil der benötigten Wärme noch aus fossilen Energieträgern wie Erdgas, Kohle und Erdöl gewonnen. 

Der Anteil der erneuerbaren Wärme steigt jedoch bereits seit den 1990er-Jahren nahezu konstant an. Die sogenannte grüne Wärme kann ebenso wie die aus fossilen Quellen gewonnene Wärme zum Heizen, Kühlen, Klimatisieren und auch für die Warmwasserbereitung genutzt werden. Sie wird aus nachhaltigen Quellen gewonnen, zum größten Teil aus Bioenergie, aber unter anderem auch aus Solarthermie und Geothermie. Die regenerative Wärme ist somit ein wichtiger Beitrag zur Energiewende. Dabei wird erneuerbare Wärme nicht nur gewerblich eingesetzt. Auch Privathaushalte nutzen Solarthermieanlagen, Erdwärmepumpen oder Holzpelletheizungen, um so zum Klimaschutz beizutragen und ihre Kosten zu senken.  Die im Folgenden vorgestellten vier Quellen sind die wichtigsten, um Ökowärme zu gewinnen. 

Alternative Wärme durch Umgebungswärme

Unter dem Begriff Umgebungswärme werden die Konzepte Umweltwärme und die oberflächennahe Geothermie zusammengefasst. Umweltwärme wird mithilfe von Wärmepumpen beispielsweise aus den Luftschichten in Bodennähe, aus Oberflächengewässern, aus Abwärme oder aus dem Grundwasser gewonnen. Die oberflächennahe Geothermie meint hingegen die Gewinnung von Wärme aus dem Erdreich bis zu einer Tiefe von 400 Metern. 

In rund 40 % der neu gebauten Wohnhäuser werden derzeit bereits Wärmepumpen eingesetzt, um Umgebungswärme zum Heizen oder für die Warmwasserbereitung zu nutzen. Auch größere Wohneinheiten, Büro- und Industriegebäude werden zunehmend mit regenerativer Wärme aus der Umgebung versorgt. 

Das Funktionsprinzip der Nutzung von Umgebungswärme ist einfach: Einer Wärmequelle (beispielsweise dem Grundwasser, der Umgebungsluft oder dem Erdreich) wird thermische Energie entzogen, die mittels eines Trägermediums (etwa Gas) transportiert wird. Dieses Trägermedium wird dann mithilfe eines Verdichters so stark unter Druck gesetzt wird, dass die Temperatur zusätzlich ansteigt. Dafür wird häufig ein Elektromotor eingesetzt, der im Sinne einer klimafreundlichen Energiegewinnung mit Strom aus nachhaltigen Quellen – etwa Solarstrom – betrieben werden sollte. Die so gewonnene Wärme wird an den gewünschten Einsatzort transportiert und mittels eines Wärmetauschers dort wieder abgegeben, zum Beispiel in den Heizkreislauf.

Mit dieser Form der erneuerbaren Wärme lässt sich nicht nur wärmen, sondern auch kühlen. Verfügt ein Wohnhaus beispielsweise über eine Fußbodenheizung, dann kann das durch die Heizungsrohre strömende Kältemittel (meist Wasser) die überschüssige Wärme aus den Wohnräumen aufnehmen und ins Erdreich oder Grundwasser ableiten. Darüber hinaus gibt es offene Kühlsysteme, die mit dem Prinzip der Verdunstung arbeiten, jedoch eine geringere Kühlleistung erreichen. Beide Prozesse sind energiesparend und nachhaltig. Alternativ kann auch durch Einsatz von Strom gekühlt werden, wobei dieses Verfahren nur nachhaltig ist, wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird. 

Geothermie als regenerative Wärme

Die Geothermie nutzt die Tatsache, dass in der Erdkruste Wärmeenergie gespeichert ist. Während die Erdoberfläche noch relativ kühl ist, steigt die Temperatur mit zunehmender Tiefe an. Die tiefe Geothermie setzt auf Bohrungen von bis zu 5 Kilometern Tiefe, durch die ganze Stadtviertel mit Wärme versorgt werden können. Ist die Temperatur hoch genug, kann die Geothermie sogar zur nachhaltigen Stromerzeugung genutzt werden. 

Der große Vorteil der Geothermie als Quelle grüner Wärme liegt darin, dass sie nicht – wie Solarenergie und Windenergie – vom Wetter abhängig ist. Sie steht das ganze Jahr über relativ konstant zur Verfügung. Ausschlaggebend für die Effizienz der Geothermie sind vor allem die tatsächliche Temperatur in der gewählten Tiefe und die Durchlässigkeit des Gesteins, durch den der Wärmetransport erfolgt.

Aus Bioenergie Biowärme gewinnen

Bioenergie wird aus verschiedenen Naturprodukten gewonnen, unter anderem aus eigens dafür angebauten Pflanzen (etwa Mais, Raps oder Weizen), aus schnellwachsenden Gehölzen oder Holz aus der Forstwirtschaft sowie aus biologischen Abfall- und Reststoffen. Aus diesen Materialien werden Biogas und Biomethan erzeugt oder die Reststoffe werden in flüssiger Form zu Pflanzenöl oder Biokraftstoff verarbeitet. Auch Holzprodukte wie Holzscheite, Holzschnitzel oder Pellets gehören zur Bioenergie. 

Gerade die Bioenergie ist ein großer Lieferant für grüne Wärme, insbesondere die feste Biomasse. Dazu zählen Holz und Holzprodukte und mit deren Verbrennung eine der ältesten Formen, Wärme zu erzeugen. Allerdings werden die Bioenergie und damit zum Teil auch die Biowärme vor dem Hintergrund der „Teller oder Tank“-Debatte durchaus kritisch betrachtet: Die landwirtschaftlichen Flächen, die für den Anbau von Holz und Pflanzen für Bioenergie genutzt werden, stehen für den Anbau von Nahrungs- und Futtermitteln nicht mehr zur Verfügung, was gerade im Hinblick auf Nahrungsmittelknappheit in Entwicklungsländern und steigende Lebensmittelpreise bedenklich scheint. Auch ökologisch kann sich die Gewinnung von Bioenergie ungünstig auswirken, wenn die Quellen über ihre nachhaltige Reproduktion hinaus genutzt werden. Einen Lösungsansatz zumindest für letzteres Problem bietet die Erneuerbare-Energien-Richtlinie 2009/28/EG, die bestimmte Nachhaltigkeitsanforderungen in Bezug auf Bioenergie festlegt. 

In neuerer Zeit wird zudem Kritik insbesondere am Einsatz von Holz laut, weil Bäume viel zu langsam nachwachsen, um das durch Verbrennung freigesetzte Kohlendioxid zeitnah wieder aufzunehmen.  

Ökowärme aus Solarthermie

Unter dem Begriff „Solaranlagen“ versteht man nicht nur Photovoltaikanlagen, sondern auch die sogenannten Solarthermieanlagen, die – wie Photovoltaik – die Sonnenenergie nutzen. Solarthermieanlagen wandeln mithilfe von Solarkollektoren die Wärmestrahlung der Sonne in nutzbare Wärme um. Diese wird dann in Wärmespeicher geleitet und bei Bedarf abgegeben – meist zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung. Auch Prozesswärme und Kühlung sind mithilfe dieser Form der erneuerbaren Wärme möglich. 

Ähnlich wie Photovoltaikanlagen können auch Solarthermieanlagen auf Hausdächern, auf Balkons oder an Fassaden angebracht werden. Darüber hinaus gibt es noch viele andere Formen von Kollektoren, beispielsweise Schwimmbadabsorber, mit deren Hilfe das Schwimmbadwasser erhitzt wird, oder Flachkollektoren, die genutzt werden, um Trinkwasser in großen Mengen zu erwärmen. 

Die Entwicklung der erneuerbaren Wärme 

Seit den 1990er-Jahren ist die erneuerbare Wärme auf dem Vormarsch. Den größten Teil an der Erzeugung hat derzeit bei Weitem mit etwa drei Vierteln die feste Biomasse, das heißt Holz und daraus hergestellte Produkte wie Scheite oder Pellets. Ein kleinerer Anteil von rund 14 % entfällt auf Umgebungswärme, Geothermie und Solarthermie. 

Der Ausbau der alternativen Wärme unterstützt die Klimaziele und wird daher auch von Regierungsseite unterstützt. So legt beispielsweise das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz von 2009 die Pflicht fest, einen gewissen Anteil an erneuerbaren Energien in allen Neubauten zu verwenden. Auf diese Weise sollen die großen Klimaziele in Deutschland und EU-weit erreicht werden.