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Making the Green New Deal Happen Blog Series, November 2021: Die Rätsel bei der Bereitstellung von kohlenstoffarmer Heizung

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Die Dekarbonisierung der Heizung in den Häusern der Menschen ist einer der schwierigsten Bereiche der Klimawende. Die der Europäischen Kommission Strategie der Renovierungswelle die Palette der erforderlichen Maßnahmen aufgezeigt. Hier erörtert Professor Martin Freer, Direktor des Birmingham Energy Institute, die Optionen und Schwierigkeiten, mit denen Regierungen und Bürger im Vereinigten Königreich bei diesem Übergang konfrontiert sind, Schwierigkeiten, die in vielen anderen europäischen Ländern bestehen.

 

Einführung

Die Verabschiedung der COP26 zeigt, wie schwierig es sein wird, mit vielen warmen Worten auf Netto-Null zu kommen, aber konkrete, zielgerichtete und messbare Maßnahmen sind schwer zu erreichen. Die Kunst ist ein Netto-Null-Übergang, der Investitionen, Arbeitsplätze und Wirtschaftswachstum schafft. Die vielleicht noch komplexere Herausforderung ist ein gesteuerter Übergang, bei dem der Verbraucher und Wähler zu einem aktiven Teilnehmer wird. Die Dekarbonisierung von Strom wurde bis zu einem gewissen Grad hinter den Kulissen durchgeführt, da Kohle im Netzmaßstab in Wind- und Solarenergie im Netzmaßstab umgewandelt wurde. Solange das Netz nicht instabil wird, merkt der Verbraucher keine Veränderung.

Andere Bereiche der Dekarbonisierung wirken sich jedoch durch sichtbare Änderungen an etablierten Praktiken direkter auf den Verbraucher aus. In einigen Fällen, wie z. B. bei Elektroautos, wird dies, obwohl eine Kaufentscheidung erforderlich ist, durch das Wissen erleichtert, dass der Verkauf von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor beendet werden soll, dass mit Elektrofahrzeugen ein gewisses Ansehen verbunden ist und für einige nur die kleine Unannehmlichkeit, eine Heimladestation zu installieren. In anderen Bereichen sind die Veränderungen komplexer und erscheinen in Ermangelung einer einfallsreichen öffentlichen Politik weitaus herausfordernder. Ein deutliches Beispiel dafür ist die Hausheizung.

Dekarbonisierende Heizung

Für Länder mit einer nicht-interventionistischen politischen Philosophie, wie Großbritannien, wurde die Dekarbonisierung der Heizung auf Dauer verschoben. Das Vereinigte Königreich hat in Bezug auf die Energieeffizienz einen ziemlich miserablen Wohnungsbestand, der sich jedoch verbessert. Es verfügt über 28 Millionen Haushalte, von denen 17 Millionen (60%) auf einer absteigenden Skala von AG unter der Energieausweisklasse C liegen. Heizung macht ein Drittel aller CO2-Emissionen aus, Haushalte 20%. Großbritannien setzt fast ausschließlich auf gasbetriebene Zentralheizungen mit Brennwertkesseln, die oft so installiert sind, dass sie keine optimale Leistung erbringen. Damit liegt das Vereinigte Königreich in Bezug auf die CO2-Intensität der Haushaltsheizung in Europa ganz unten.

1: Fernwärmenetze.

Es scheint drei Hauptmöglichkeiten zu geben, wenn es um kohlenstoffarme oder kohlenstofffreie Heizlösungen geht. Das nordische Bürgermodell hat in Ländern wie Schweden, Dänemark und Finnland zu gut entwickelten Fernwärmesystemen geführt, die zentral erzeugte Wärme über Rohre liefern, die heißes Wasser oder Dampf liefern. Solche Systeme haben die Fähigkeit, industrielle Prozessabwärme und Wärme, die von Müllverbrennungsanlagen erzeugt wird, aufzufangen. Der Amager Bakke Müllverbrennungsanlage in Kopenhagen 150.000 Wohnungen heizen zu können, ist ein Beispiel für die Kunst des Möglichen. Viele Städte im Vereinigten Königreich, Birmingham ist ein Beispiel dafür, haben Fernwärmesysteme, aber diese sind hauptsächlich in Bezug auf die Anbindung an kommunale Gebäude beschränkt. Dies verdeutlicht die Entwicklungsherausforderung für Fernwärmesysteme; Das vorherrschende britische Modell benötigt einen großen Ankerkunden, ansonsten besteht kein Geschäftsszenario für den Ausbau des Netzwerks.

Die andere dringende Herausforderung bei der Fernwärme besteht darin, dass sie oft von Blockheizkraftwerken (BHKW) angetrieben wird, die Erdgas verbrennen. Das bedeutet, dass sie nicht besonders kohlenstoffarm sind und es nicht trivial ist, sie kohlenstofffrei zu machen. Darüber hinaus sind die Abwärmequellen, an die sie angeschlossen sind, z. B. Müllverbrennungsanlagen, ebenfalls nicht frei von Kohlenstoffemissionen, und mit der Diversifizierung und Entwicklung des Abfallverarbeitungssektors wird sich die Art und Weise, wie Abfälle zur Energie- und Wärmeerzeugung verwendet werden, weiterentwickeln. Zumindest wird eine Kohlenstoffabscheidung aus Verbrennungsanlagen erforderlich sein. Die britische Diskussion um Zoneneinteilung könnte der Weg in die Zukunft für die Entwicklung zukünftiger Fernwärmenetze und zur Überwindung der Notwendigkeit eines großen Ankerkunden sein. Eine Verpflichtung oder ein Anreiz für Verbraucher, sich an ein Fernwärmesystem anzuschließen, wird die Nachfrage aggregieren und ein investierbares Angebot liefern. Die Wahlmöglichkeiten der Verbraucher können ein Opfer sein.

2: Grüner Wasserstoff

Auch Großbritannien spielt mit dem Gedanken, dass grüner Wasserstoff im großen Maßstab die Welle der Dekarbonisierung von Wärme ebnen könnte. Dies wäre ein einfacher Haushaltseingriff mit einer Modifikation des Brenners innerhalb des Gasboilers, und im Prinzip sind viele der moderneren Teile des Gasnetzes bereit für Wasserstoff. Diese Lösung ist für Behörden attraktiv, da es sich um eine unkomplizierte Neukonfiguration eines bestehenden Netzwerks handelt. Und parallel zur Dekarbonisierung des Stromnetzes ist der Umstieg für den Verbraucher einfach. Das Hauptproblem sind die benötigte Menge an grünem Wasserstoff und die Kosten seiner Herstellung. Die Elektrolyse ist derzeit die Hauptlösung für die Produktion von grünem Wasserstoff, und der Wirkungsgrad eines Elektrolyseurs beträgt etwa 70%, was bedeutet, dass jede Stromeinheit weniger als die äquivalente Einheit Wärmeenergie erzeugt. Die elektrische Widerstandsheizung ist im Wesentlichen 100%-effizient, und daher wäre es allein in energetischer Hinsicht sinnvoll, den Strom, der zu einem Elektrolyseur fließen würde, direkt für eine elektrische Heizung im Haus zu verwenden.

3: Wärmepumpen

Eine dritte Option ist der Einsatz von strombetriebenen Wärmepumpen. Wärmepumpen arbeiten, indem sie Wärme von einem Ort zum anderen pumpen, zB von außen nach innen. Überraschenderweise können sie sogar bei sehr niedrigen Temperaturen arbeiten, um der Umgebung, zB der Luft, dem Wasser oder dem Boden, Restwärme zu entziehen. Das Schöne an einer Wärmepumpe ist, dass sie Wirkungsgrade von bis zu 300% haben kann, dh eine Einheit elektrischer Energie kann drei Einheiten Wärmeenergie liefern. Norwegen ist ein Land, das sich für die Installation von Wärmepumpen eingesetzt hat, und in der Tat ist die größte Durchdringung von Wärmepumpen in Europa in den skandinavischen Ländern zu verzeichnen. Die meisten der in Norwegen installierten sind reversibel – sie können sowohl kühlen als auch heizen. Sie sind auch in erster Linie Luft-Luft-Systeme und verlassen sich nicht auf ein "nasses" Heizkörpersystem, um Wärme im Haus zu verteilen. Reversible Wärmepumpen sind der am häufigsten installierte Wärmepumpentyp in Europa. In Großbritannien hingegen gibt es hauptsächlich Nassheizungen. Das heißt, die Wärme wird von der Gastherme rund ums Haus über Warmwasserleitungen zu den Heizkörpern transportiert. Das bedeutet, dass die einfachste Umwandlung die Installation einer Erdwärmepumpe oder einer Luftwärmepumpe ist, die an das Warmwassersystem angeschlossen ist.

Die Lösung zur Dekarbonisierung von Wärme scheint dann ziemlich offensichtlich; Wärmepumpen installieren. Warum passiert es also nicht? Die Antwort in Großbritannien ist, dass es einfach zu schwer und zu teuer ist. Wärmepumpen kosten mehr als das Fünffache eines Gasboilers und angesichts der schlechten thermischen Effizienz einer typischen (60%) Hausinstallation müssen erhebliche Investitionen in die Verbesserung der thermischen Effizienz einhergehen, um den Hausbesitzer nicht im Regen stehen zu lassen. Dies bedeutet größere Eingriffe in das Haus, die mehrere Tage dauern können und erhebliche Änderungen am Erscheinungsbild des Gebäudes von innen und außen erfordern. Typischerweise ersetzen die Menschen ihren Boiler an dem Punkt, an dem der vorherige defekt ist, ein Notkauf, und warten daher nicht auf langwierige Verbesserungen der Energieeffizienz zu Hause, um ihr Heizungs- und Warmwassersystem wiederherzustellen.

Notwendigkeit staatlicher Maßnahmen

Die Kosten und Unannehmlichkeiten bedeuten, dass dies kein verbrauchergesteuerter Übergang sein wird und dass die Regierung eine proaktive Rolle übernehmen muss. Die britische Regierung hat ihre veröffentlicht Wärme- und Gebäudestrategie im Oktober 2021. Der Empfang war bestenfalls lauwarm. Es gibt kein verbindliches Enddatum für die Installation von Gaskesseln; es gibt kein ergänzendes Paket von Effizienzsteigerungen in Verbindung mit kohlenstoffarmen Heizgeräten; und es gibt keine Verpflichtung für Energieunternehmen, eine Quote von Wärmepumpen zu installieren. Stattdessen gibt es genug Mittel, um 90.000 Wärmepumpeninstallationen in einem Land mit 28 Millionen Haushalten zu bezahlen, und eine vorgeschlagene Anforderung, dass Hersteller kohlenstoffarme Heizgeräte produzieren, die die Gefahr besteht, dass niemand sie kauft.

Der Erfolg der Länder im Norden Europas weist den Weg. Investitionen in die Infrastruktur sind von entscheidender Bedeutung, und es ist von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass die Kosten für die Installation einer elektrischen Wärmepumpe und die Betriebskosten im Vergleich zu Gas wettbewerbsfähig sind. Der Gaspreis war lange Zeit ein Hindernis für Veränderungen, und der Strompreis wurde um die eigenen politischen Kosten der britischen Regierung im Zusammenhang mit der Dekarbonisierung von Strom erhöht. Ein stärkeres Eingreifen ist erforderlich, und jetzt ist die Zeit für einige harte Entscheidungen gekommen.

Die Politik des kohlenstoffarmen Übergangs braucht kreative Lösungen, die technische Realitäten mit realisierbaren Übergangspfaden für Verbraucher und Bürger kombinieren. Die politischen Akteure, die sich dieser Herausforderung stellen und sich von alten Gewohnheiten lösen, werden im kommenden Jahrzehnt das Tempo vorgeben. Der Anspruch, auf einem plausiblen Weg zu bleiben, um die Erderwärmung zu minimieren, hängt davon ab.


Professor Martin Freer ist Direktor des Birmingham Energy Institute

Dieser Blog wird produziert von TIPC und Partner, EIT Climate-KIC

Die Herausgeber dieser Blog-Reihe sind Fred Steward, emeritierter Professor, School of Architecture and Cities, University of Westminster, London; und Jon Bloomfield, Systems Innovation Policy Advisor, Climate Innovation Ecosystems, the Climate Knowledge & Innovation Community des European Institute of Technology (EIT Climate-KIC).

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