Ausbau von regenerativer Energie: Wärmepumpen als eine wichtige Komponente

Die Nutzung regenerativer Energien soll ausgebaut werden, so das erklärte Ziel der Bundesregierung. Damit das gelingt, setzt man vor allem auf Strom aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen. Doch was tun, wenn der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint? Wie Kältetechnik helfen kann, erläutert Raumlufttechnikexperte Prof. Dr. Bernd Boiting. Zuletzt sprach er darüber auch mit der ZEIT – für die Ausgabe vom 5. Januar.

Prof. Boiting, bei Kältetechnik denkt man unweigerlich an ein technisches Verfahren, um Kälte zu erzeugen. Aber auch Wärmepumpen sind Kältemaschinen. Warum?

Richtig, Wärmepumpen sind Kältemaschinen. Kompressionskältemaschinen besitzen neben anderen Bauteilen einen Verdampfer und einen Kondensator. Nutzen Sie die am Kondensator abgegebene Wärme im Winter zum Heizen, bezeichnet man die Maschine als Wärmepumpe. Möchten Sie am Verdampfer Wärme abführen, um damit im Sommer zu kühlen, sprechen Sie von einer Kältemaschine. Also ein und dieselbe Maschine. Wie im Übrigen auch Ihr Kühlschrank zu Hause. Der wird zwar innen kalt, aber an der Rückseite warm. Insofern haben Sie eine Wärmepumpe in Ihrer Küche, die mit der Wärme, die sie den Lebensmitteln entzieht, Ihre Küche heizt.

Warum spielt die Kältemaschine bzw. Wärmepumpe eine so wichtige Rolle bei der Nutzung regenerativer Energien?

Sonnenlicht und Windkraft sind volatil, also schwankend – mal scheint die Sonne oder weht der Wind und mal eben nicht. Doch die Nachfrage nach thermischer Energie zum Heizen und Kühlen ist nicht zeitgleich. Sie wollen ja nicht nur warmes Wasser, wenn gerade mal die Sonne scheint, sondern auch an einem nebeligen Wintertag. Also muss man Energie speichern. Das kann man entweder elektrisch in Batterien oder eben in thermischen Speichern. Letzteres untersuchen und entwickeln wir gerade in unseren Laboren. Kältemaschinen wandeln den volatilen, aus regenerativen Quellen gewonnen Strom sofort und direkt in Wärme oder Kälte. Diese thermische Energie speichern wir, nicht den Strom! Das ist einfacher und viel kostengünstiger. Diese thermische Energie können Sie viel später, je nach Ihrem Wunsch, zum Heizen, zum Duschen oder zur Kühlung abrufen.

Weshalb passiert das so selten?

In der Vergangenheit haben Kohle- und Atomkraftwerke eine durchgehende und kontinuierliche Stromversorgung sichergestellt. Mit unserem erklärten Ziel, diese beiden Technologien in absehbarer Zeit vom Netz zu nehmen, nimmt der Anteil volatiler, regenerativer Energie dramatisch in unseren Stromnetzen zu. Auch der Ausstieg aus fossilen Energieträgern wie Kohle, Öl und Gas bei der Beheizung unserer Gebäude stellt uns vor neue Aufgaben. Daraus folgen zwei wichtige Konsequenzen. Erstens werden wir in Zukunft hocheffizient mit Strom aus regenerativen Quellen Heizen und Kühlen müssen und zweitens müssen unsere Gebäude zukünftig Energie, vorzugsweise thermische Energie, speichern können. Für die Lösung dieser Aufgabenstellung ist die Kältemaschine, sprich Wärmpumpe, in Verbindung mit einem thermischen Speicher der perfekte Lösungsansatz.

Wärmepumpe und Speicher sind Hauptbestandteile der Energiewende. Natürlich arbeiten wir an weiteren Lösungen im Bereich von Wasserstoff, die uns in Zukunft noch weiter an unser Ziel einer Co2-neutralen Energieversorgung bringen werden. Aber Zukunft ist eben nicht jetzt. Damit jetzt sofort eine Verbesserung eintritt, müssen wir auf Systeme setzen, die wie die Wärmepumpen sofort verfügbar sind. Allein die Speicher, an denen wir gerade in den Laboren experimentieren, müssen wir optimieren. Das machen wir gerade mit PCM (Phase Change Material), aber das ist eine andere Geschichte.

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