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Wärmepumpen für Deutschland – Klimapolitisch sinnvoll oder Fehlinvestition?

Teil 6 der Reihe „Energiewende und Wärmepumpe“

Zusammenfassung

Ist die Wärmepumpe zum jetzigen Zeitpunkt das richtige Heizsystem für Deutschland? Macht ein Verbot bzw. ein Tauschzwang für Gasheizungen Sinn? Wird die CO2-Emission wirksam gesenkt? Und ist der finanzielle Aufwand dafür unter allen Gesichtspunkten – wirtschaftlich und klimapolitisch – vernünftig?

Es wird gezeigt, dass der Einsatz von Luft-Wasser-Wärmepumpen unter den gegebenen Umständen in der großen Perspektive weder wirtschaftlich ist noch überhaupt eine nennenswerte klimapolitische Wirkung entfaltet. Darüber hinaus wird dargelegt, mit welchen Maßnahmen die CO2-Emissionen wirksam und effizient reduziert werden können.

Der deutsche Strommix im internationalen Vergleich

Gehen wir noch einmal zurück auf den Anfang und betrachten den Strommix diverser europäischer Länder im Vergleich (s. Abb. 6-1).

© Hieronymus Fischer

Abbildung 6-1: Ländervergleich zu den spezifischen CO2-Emissionen im Strommix (2022). Der globale Mittelwert ist 55 % höher als der EU-Mittelwert, welcher seinerseits in etwa auf den Niveau des deutschen Emissionsfaktors liegt. Die beiden roten Dreiecke am Balken für Deutschland markieren den spezifischen CO2-Emissionswert, der ohne die Kohleverstromung in Deutschland entstehen würde.

Wir hatten ja schon in Teil 1 (Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission) festgestellt, dass die spezifische CO2-Emission im deutschen Strommix mit über 400 g/kWh recht hoch ist. Das gilt auch im Vergleich mit vielen europäischen Nachbarländern. Der Grund dafür sind die immer noch erheblichen Anteile fossiler Energieträger in der Stromerzeugung. In Frankreich, das man gut mit Deutschland vergleichen kann, liegen die spezifischen CO2-Emissionen nur bei etwa 80 g/kWh, also einem Fünftel des deutschen Wertes. Selbstredend könnte die CO2-Belastung auch hierzulande niedriger sein, z.B. dann, wenn sich Deutschland in 2011 nicht für den Atomausstieg sondern für den Ausstieg aus der Kohle entschieden hätte. Ohne Frage wäre das unter dem Aspekt des Klimaschutzes der richtige Schritt gewesen.

Reduzierung der CO2-Emissionen durch Kernkraft statt Kohle

Im Diagramm (s. Abb. 6-1) ist der Balken für Deutschland mit zwei roten Dreiecken an der Stelle des Emissionswerts markiert, der ohne die Kohleverstromung entstehen würde. Natürlich bräuchte man jetzt und hätte man auch schon während der vergangenen 12 Jahre einen Ersatz dafür benötigt. Das hätte z.B. die Kernenergie sein können. Um den entsprechenden Emissionswert von ca. 115 g/kWh zu erreichen, wäre es erforderlich gewesen, in 2022 ca. 200 TWh Strom mit Kernenergie statt durch Kohleverstromung zu produzieren. Das entspricht in etwa der Leistungsfähigkeit von 20 Kernkraftwerken (in Frankreich sind über 50 AKWs in Betrieb). Bei geeigneter zeitlicher Vorplanung, dem Umsetzungswillen und dem Verzicht auf die Abschaltung sicherer Meiler wäre es also machbar gewesen. Immerhin waren in 2010 noch 17 deutsche Atomkraftwerke in Betrieb.

Und wie steht‘s mit Windkraft? Wäre nicht auch das eine Option gewesen?

Reduzierung der CO2-Emissionen durch Windkraft statt Kohle

Aktuell verfügen wir über ungefähr 30.000 Windräder, die bei einer installierten Leistung von 65 GW etwa 120 TWh Strom pro Jahr produzieren. Alternativ könnte man die fehlende Strommenge von 200 TWh selbstverständlich auch mittels Windkraft erzeugen. Dazu benötigt man zusätzlich zu den bestehenden Anlagen weitere etwa 20.000 Groß-Windkraftanlagen der 5 Megawatt-Klasse. Das entspricht einer zusätzlich installierten Leistung von 100 GW. Auch dies wäre eine Option gewesen. Sie setzte indessen den Neubau von täglich zwischen 4 und 5 solcher Windräder voraus. Und dies permanent seit 2011. Damit es ganz klar wird: Hierzu wäre der Bau von 20.000 zusätzlichen Windkraftanlagen über die in diesem Zeitraum erstellten etwa 15.000 Windräder hinaus erforderlich gewesen. Fraglos ein sehr ambitioniertes Ziel, vielleicht auch eine zu große Herausforderung, aber grundsätzlich möglich.

Ressourcenbedarf für Windkraft

Ganz grob kann man den erforderlichen Materialaufwand für 20.000 Windräder folgendermaßen abschätzen: 4,5 Mio. t Stahl, 21 Mio. Kubikmeter Beton, dazu Hunderttausende Tonnen Kupfer, Aluminium und Glas. Den Flächenbedarf dafür ergibt sich bei einem mittleren Abstand von 500 m (ca. 4 Propellerdurchmesser) auf etwa 5.000 Quadratkilometer (≈ 1,4 % der Landesfläche). Die Kosten für dieses Unterfangen darf man auf 100 Mrd. € taxieren.

Nach diesen Zahlen muss man wohl einschränken, der Bau dieser zusätzlichen 20.000 Windräder war allenfalls eine theoretische Option. Nur zur Erinnerung: Wir reden hier über die Zeitspanne von 2011 bis 2022. Es war die Zeit, in der auch der neue Berliner Flughafen wiederholt nicht fertiggestellt werden konnte. Eigentlich hätte er in 2010 eröffnet werden sollen. Die Inbetriebnahme wurde sieben Mal verschoben. Letztlich wurde der Flughafen erst im Oktober 2020 nach 14-jähriger Bauzeit eröffnet. Und da ging es nur um einen Bruchteil des Materialaufwands und der Investitionssumme.

Wind statt Kohle und Kernkraft? In 2023 nur Wunschdenken!

Aus dem Vorstehenden wird klar: Windkraft im Jahre 2023 als Alternative für Kohle und den Ausstieg aus der Kernkraft in 2011 ernsthaft ins Feld zu führen, verkennt die die Realitäten des Landes. Deutschland war weder organisatorisch noch in der praktischen Durchführung zu dieser Transformation imstande.

Reduzierung der CO2-Emissionen durch intelligentes Handeln

Sinnvoll und praktikabel wäre natürlich auch eine Kombination aus dem forcierten Ausbau der Windkraft und dem intelligenten Weiterbetrieb möglichst vieler sicherer Atomkraftwerke gewesen. Wie bereits erwähnt, waren im Jahre 2010 noch 17 Kernkraftwerke in Betrieb, 8 davon wurden, in 2011 abgeschaltet, drei weitere in 2015, 2017 und 2019. Mit dem Weiterbreitrieb dieser Anlagen hätte man wertvolle Zeit für den kontinuierlichen und realistisch machbaren Windkraft- und Photovoltaikausbau gewonnen. Gleichzeitig wäre es möglich gewesen, auf die Kohleverstromung weitgehend zu verzichten. Auch bei einer Absage an den Neubau von Atomkraftwerken hätte so die CO2-Emission im Strommix ohne Weiteres auf etwa 200 g/kWh verringert werden können.

Von allen denkbaren Optionen hat sich Deutschland in 2011 allerdings für die mit dem größten CO2-Ausstoß entschieden. Deswegen liegen wir heute eben immer noch bei über 400 g/kWh, statt bei dem mittels Kernkraft und dem forcierten Ausbau von Wind- und Solarenergie erreichbaren Emissionswert von nur gut 100 g/kWh.

Die Atom-Ausstiegsentscheidung war ein gravierender strategischer Fehler, wie sich spätestens in 2022 in aller Schärfe zeigte. Er hat Deutschland im Hinblick auf die Energie- und Klimapolitik wesentlicher Optionen beraubt und in die einseitige Abhängigkeit von Gaslieferungen und in die Kohleverstromung geführt.

Mit dem Atomausstieg verhält es sich geradewegs so, als hätte man sich dafür entschieden, kein alkoholfreies Bier mehr zu trinken. Und weil der Körper ja doch Flüssigkeit benötigt, konsumiert man zum Ausgleich mehr Schnaps.

Was bedeutet das alles für die Wärmewende?

Nun nehmen wir noch einmal den Blick auf den Ländervergleich. Wir fragen nach den Konsequenzen für den Umstieg von Öl- und Gasheizungen auf das Heizen mit Wärmepumpen. Die Frage zielt also direkt auf die Wärmewende. In Abb. 6-2 ist zusätzlich eine gepunktete Linie eingetragen. Sie markiert die Nutzenschwelle für das Heizen mit Luft-Wasser-Wärmepumpen unter Berücksichtigung der Kostenszenarien und der Minimalforderung an die Effizienz von 200 % (COP-Wert = 2). Warum 360 g/kWh? Ganz einfach, Gas wird mit etwa 182 g/kWh gerechnet (s. Teil 1 (Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission), Abb. 1-12).

© Hieronymus Fischer

Abbildung 6-2: Ländervergleich zu den spezifischen CO2-Emissionen im Strommix (2022). Die beiden roten Dreiecke am Balken werden beim Text zu Abb. 6-1 erläutert. Man erkennt, dass Länder mit einem hohen Anteil an Kernkraft und/oder Wasserkraft besonders niedrige CO2-Werte aufweisen. Das andere Ende besetzen die Staaten ohne Kernkraft bei einem gleichzeitig hohen Anteil an fossilen Energieträgern. Die gepunktete Linie markiert die Nutzenschwelle für die Heizung mit Luft-Wasser-Wärmepumpen unter Berücksichtigung der Kostenszenarien und der Minimalforderung an die Effizienz von 200 % (COP-Wert = 2).

Sofern die spezifischen Emissionsfaktoren deutlich über 400 g/kWh liegen, bringen Wärmepumpen im Hinblick auf die CO2-Bilanz nahezu nichts, oder nur sehr wenig. Unterhalb der Schwelle kann man mit nennenswerten Einsparungspotentialen rechnen. Dabei muss man indessen noch berücksichtigen, dass es sich bei dem angegebenen Wert für die spezifische CO2-Emission um den rechnerischen Mittelwert handelt. Im Hinblick auf den Strombedarf von Wärmepumpen, der ja begreiflicherweise im Winter besonders hoch, liegt die relevante CO2-Emission höher. In Deutschland sind es im entsprechend der Heizlast gewichteten Durchschnitt etwa 480 g (s. Teil 1, Abb. 1-6, Teil 3, Abb. 3-3).

Wo Wärmepumpen Sinn machen, und wo nicht

Wie man dem Diagramm entnehmen kann, sind demnach Wärmepumpen in Ländern wie Italien, Spanien, Portugal, Ungarn, Großbritannien, Dänemark, Österreich, Schweiz, Finnland, Frankreich, Norwegen, Schweden uneingeschränkt zu empfehlen. Augenfällig dabei: Insbesondere in den Kernkraft-und-Wasserkraft-Ländern ist das CO2-Einsparungspotential gegenüber der Beheizung mit Gas riesig. Sinnvollerweise sind daher Wärmepumpen in vielen dieser Länder auch jetzt schon stark verbreitet (s. [31]). Umgekehrt ist das Heizen mit Wärmepumpe in Polen, Griechenland und Tschechien sogar kontraproduktiv, jedenfalls ohne PV-Stromnutzung. Deutschland ist ein Grenzfall. Wärmepumpen ohne PV bringen wenig bis nichts und sind trotzdem extrem teuer, Wärmepumpen inkl. Solarstrom können zumindest zu erwähnenswerten CO2-Einsparungen führen.

Bekannte Befürworter des Ausbaus von Windkraft und Solarstrom, zugleich meist auch Gegner der Kernenergie, werben, ohne auch nur einen Augenblick zu zögern und die CO2-Bilanz zu hinterfragen, für die Wärmepumpe und ziehen gegen Gasheizungen zu Felde. Und in Talkrunden echauffieren sich Journalisten mit einer allenfalls oberflächlichen Kenntnis der Zusammenhänge in der Oberlehrer-Pose über Politiker, Handwerker und Bürger, die gegen die Pläne des Wirtschaftsministeriums die Stimme erheben. Immer wieder werden dabei Dänemark oder Norwegen als Beispiele dafür genannt, dass die Wärmewende doch funktioniert.

Schauen wir also einmal genauer hin, was es damit auf sich hat.

Wärmepumpen in Norwegen

Wenn es sogar in Norwegen funktioniert, warum dann nicht bei uns?

Tatsächlich werden in Norwegen 60 % aller Gebäude mit Wärmepumpen beheizt, in Deutschland sind es nur 3 %. Es sind aber nicht zwanzigmal so viele Wärmepumpen im Vergleich zu Deutschland in Betrieb, wie im Artikel ([s. 22]) behauptet wird, sondern 40 % mehr (1,4 Mio. WP zu 1 Mio.). Klar, für ein kleines Land wie Norwegen ist das viel. Allerdings sind die Voraussetzungen in Norwegen völlig anders als in Deutschland. In Norwegen werden vor allem Erdwärmepumpen verbaut, weil für Luft-Wasser-Wärmepumpen die Winter zu kalt sind. Die Rahmenbedingungen in Deutschland sind nicht vergleichbar. Erdwärmepumpen haben hier nur einen geringen Marktanteil. Unter anderem auch deswegen, weil die behördliche Genehmigung für Erdbohrungen in vielen Fällen nicht erteilt wird. Davon abgesehen sind die Kosten dafür enorm hoch (meist mehrere 10.000 € zusätzlich nur für die Bohrung) und die Amortisierungszeit wird entsprechend lang.

Es gibt aber noch einem weiteren wesentlichen Unterschied zwischen Deutschland und Norwegen. Norwegen hat einen hohen Anteil an grünem Strom aufgrund der im Überfluss vorhandenen Wasserkraft (90 % der Stromerzeugung). Der Strom ist daher nur mit einem sehr geringen CO2-Ausstoß belegt (s. Abb. 6-2). Deshalb macht das Heizen mit Wärmepumpen in Norwegen absolut Sinn. Die CO2-Emissionen im Vergleich zum Heizen mit Gas oder Öl können tatsächlich wirksam reduziert werden. Dabei ist das auch wirtschaftlich, weil zugleich der Strompreis in Norwegen nur bei etwa 4 – 6 ct pro kWh liegt. In Deutschland ist beides nicht der Fall: Der Strom ist mit einer hohen CO2-Emission belastet (im Durchschnitt sind es zwischen 400 und 500 g pro kWh) und zudem ist der Strom auch noch 6- bis 10-mal teuer als in Norwegen.

Rechenbeispiel zum Vergleich Norwegen – Deutschland

Nehmen wir für die konkrete Gegenüberstellung ein Einfamilienhaus mit einem Wärmebedarf von 20.000 kWh. Selbst wenn für die Heizung eine Wärmepumpe mit einen jahreszeitlich gemittelten überdurchschnittlich guten COP-Wert von 3,6 (= Jahresarbeitszahl [JAZ]) zum Einsatz kommt, so liegt der jährliche Stromverbrauch somit bei 5555 kWh (= 20.000 kWh / 3,6). Im jahreszeitlich gewichteten deutschen Strommix müssen dafür 480 g CO2 pro kWh angesetzt werden. In Summe sind das also 2.666 kg CO2 (= 5555 kWh * 0,48 kg/kWh). Bei einem Strompreis von 45 ct/ kWh belaufen sich daher die Heizkosten auf 2.500 €.

Nun zum Vergleich die Zahlen aus Norwegen. Die CO2-Emission im Strommix liegt bei gerade einmal 17 Gramm pro kWh, der Strompreis bei 6 ct pro kWh. In der Jahressumme kommen wir somit im Beispiel auf heizungsbedingte CO2-Emissionen von 94 kg (= 5.555 kWh * 0,017 kg/kWh) und Gesamtkosten von 333 € (= 5.555 kWh * 0,06 €/kWh).

Äpfel und Birnen

Der Vergleich ist ernüchternd: In Deutschland sind die CO2-Emissionen 28-mal größer und die Kosten sind 8-mal höher. Kann es angesichts dessen verwundern, dass Wärmepumpen in Norwegen das Heizsystem der Wahl sind und umgekehrt in Deutschland die Leute eher skeptisch reagieren? In diesem Zusammenhang sei die Frage erlaubt: Sind die in Talkrunden sich zu Wort meldenden Journalisten (z.B. Markus Feldenkirchen vom Spiegel, Ulrike Herrman von der taz) und die präsentierten Experten (Volker Quaschning, Claudia Kemfert) einfach nur uninformiert oder verschweigen sie die Fakten ganz bewusst?

Nach diesem Rechenexempel sollte nun klar sein, warum Wärmepumpen in Norwegen sowohl im Hinblick auf das Klima als auch wirtschaftlich höchst sinnvoll sind. Sie sind CO2-sparend und punkten mit niedrigen Betriebskosten. Und es sollte auch deutlich geworden sein, dass wir in Deutschland völlig andere Voraussetzungen haben. Der Einsatz von Wärmepumpen macht hier aus dem Klimablickwinkel sehr viel weniger Sinn, weil unser Strom hoch mit CO2 belastet ist. Und aufgrund des hohen Strompreises ist die Wärmepumpe (zumindest ohne Photovoltaik) oft auch unwirtschaftlich. Wenn also platt gesagt wird, in Norwegen funktioniert das doch, warum gibt es hier denn so viel Widerstand gegen ein Gasheizungsverbot, dann gibt es dafür gute Gründe. Völlig anders würde es aussehen, wenn wir einen hohen Anteil an Kernenergie hätten, wie oben ausgeführt wurde.

Hypothetisches  Alternativszenario

Machen wird dazu folgende Skizze: Gehen wir aus von einem theoretischen Strommix mit 50 % Erneuerbaren (Wind und PV, ca. 28 g CO2 pro kWh) sowie 50 % Atomstrom (ca. 12 g CO2 pro kWh). Auf dieser Basis würde die CO2-Belastung bei etwa 20 g pro kWh liegen. Ohne die bürokratischen Regulierungen könnte man den Strompreis auf das europäische Durchschnittsniveau von 20 ct pro kWh bringen. Damit hätten wir im obigen Beispiel im ungünstigsten Fall eine Jahresemission von nur noch 155 kg CO2 (= 5.555 kWh * 0,028 kg/kWh). Und das zu den noch absolut vertretbaren Kosten von 1.111 € (= 5.555 kWh * 0,2 €/kWh), die genügend Spielraum für die wirtschaftliche Amortisation der Investition ließe. Im Vergleich zur realen Situation in Deutschland würden die Kosten somit bei nur 44 % liegen, zugleich wären die CO2-Emissionen 17-mal geringer.

© Hieronymus Fischer

Abbildung 6-3: Hypothetisches Übergangsszenario bei einem Ausstieg aus der Kohle statt aus der Kernkraft mit einem Fifty-Fifty-Anteil Atomstrom und Erneuerbare (Wind und Photovoltaik) und einer resultierenden CO2-Emission im Strommix von 20 – 100 Gramm pro Kilowattstunde.

Selbst wenn wir den oben abgeschätzten höheren CO2-Emissionswert von ca. 100 g/kWh bei einem Weiterbetrieb der 2010 vorhanden gewesenen Kernkraftwerke (ohne neue AKWs) zugrunde legen würden, würde sich der jährliche heizungsbedingte CO2-Ausstoß im Beispiel auf weniger als 600 kg belaufen. Das ist weniger als ein Viertel der tatsächlich zu erwartenden Emission von 2.666 kg.

Resümee zum Vergleich mit Norwegen

Ist in Norwegen alles Gold, was glänzt? Auf den ersten Blick scheint es so! Hinzu kommt, Norwegen verzeichnet einen Anteil von 50 % an Elektrofahrzeugen unter den Kfz-Neuzulassungen. Das dürfte nicht zuletzt auch in dieser Hinsicht am billigen Strom liegen. – Gibt es da keine dunkle Seite?

Doch, die gibt es. Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass Norwegen seine Energie- und Wärmewende mit dem Export von Öl und Gas finanziert hat und dies immer noch tut. Die Erdölförderung beläuft sich auf etwa 100 Mio. t pro Jahr (2021), beim Erdgas sind es ca. 120 Mio. Kubikmeter. Diese enormen Mengen entsprechen einer CO2-Emission von ungefähr 500 Mio. Tonnen pro Jahr. Geradezu gigantisch ist daher die rechnerische Pro-Kopf-Emission an CO2: es sind etwa 100 t, die allerdings nicht in Norwegen emittiert sondern sozusagen exportiert werden.

Öl und Gas sind für Norwegen als Wirtschaftsgüter viel wertvoller als in der schnöden Öl- oder Gasheizung im eigenen Land. Auch volkswirtschaftlich ist die Wärmpumpe für Norwegen daher absolut ein Gewinn.

Das Beispiel Norwegen zeigt daher vor allem eines: Es macht Sinn, von langer Hand zu planen und die Interessen des Landes und seiner Bürger in den Vordergrund zu rücken. Denn: Wer bei der Rettung der Welt erfolgreich sein will, muss zuallererst an sich selbst denken, sonst ergeht es ihm wie dem Hanns Guck-in-die-Luft im Struwwelpeter.

Die Situation in Deutschland

Die Rolle des Hanns bleibt in diesem Falle Deutschland mit seiner angestrebten Energie- und Wärmewende vorbehalten. Der Ausstieg aus der Kernenergie und damit zusammenhängend der langjährige Weiterbetrieb der Kohleverstromung und der Gasverstromung haben uns in eine energiepolitische Sackgasse mit hohen Energiepreisen, hohen CO2-Emissionen und begrenzten Handlungsoptionen manövriert.

Die Verfügbarkeit von Atom- statt Kohlestrom wäre geradezu ein „Gamechanger“, ein Wegbereiter für die flächendeckende Verbreitung von Wärmepumpen und in der Folge einer effektiven Reduzierung des CO2-Ausstoßes. So aber verlagern wir mittels Wärmepumpen die CO2-Emission i. W. nur von der heimischen Gasheizung ins Gas- oder Kohlekraftwerk, denn Wind- und Solarstrom leisten auf absehbare Zeit nur einen begrenzten Anteil an effektiver CO2-Reduzierung, weil sie gerade dann knapp sind, wenn der größte Bedarf an Wärmepumpen-Strom zum Heizen besteht.

Kosteneffizienz der CO2-Reduzierung

Gehen wir zurück auf die Frage nach der Sinnhaftigkeit des angedachten Verbots von Gasheizungen. Wir wollen den Komplex von zwei Seiten beleuchten. Zunächst geht es um die Betrachtung aus der Perspektive des Bürgers, also des Verbrauchers. Darüber hinaus spielt aber auch die Frage der Wirksamkeit und der Effizienz der von staatlicher Seite eingesetzten Fördermittel eine Rolle.

Rekapitulation des Zahlengerüsts

In Teil 3 (CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude) haben wir für das Beispielobjekt (das wir als eher unkritisch ansehen dürfen) ein CO2-Einsparungspotential ohne PV von 12 %, entsprechend 441 kg bestimmt. Das ist zweifellos ein Gewinn, er ist aber vergleichweise klein. Dies gilt vor allem angesichts der nötigen Investitionen für die Wärmepumpe in Höhe von 45.000 € inkl. Installation im Vergleich zur Gasheizung (17.500 €). Auch nach Abzug der Förderung bleibt eine Differenz in Höhe von 11.750 € (s. Teil 4 (Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung), Abb. 4-2).

Nehmen wir die Zahlen als exemplarisch für viele reale Situationen. Manchmal wird die Konstellation günstiger sein (Haus mit besserer Effizienzklasse als C, im Mittel höhere Außentemperaturen, COP der WP größer als 3, vielleicht niedrigere Strompreise), in anderen Fällen ungünstiger (Haus im Bestand mit Effizienzklasse schlechter als C, D oder E, hohe Vorlauftemperaturen erforderlich, COP-Wert 3 oder darunter, hohe Strompreise aufgrund der Netzentgelte und Gasverstromung).

Die effektive CO2-Einsparung

Ausgehend von dieser Annahme können wir die CO2-Einsparung für das als typisch angesehene Musterhaus mit einem Wärmebedarf von 20.000 kWh leicht bestimmen. Über eine Betriebszeit von 20 Jahren ergeben sich gegenüber der Beheizung mit Gas die in Abb. 6-4 dokumentierten Werte. Bei der Wärmepumpe ohne PV liegt die CO2-Einsparung bei knapp 9 t. Mit über 30 Tonnen wesentlich größer ist die Einsparung bei Solarstromnutzung.

© Hieronymus Fischer

Abbildung 6-4: CO2-Einsparung im Vergleich zur Gasheizung über eine Betriebszeit von 20 Jahren. Bei der Gas-Brennwerttherme kommt die Einsparung ausschließlich über die Photovoltaikanlage mit einer angenommenen Verringerung des Heizbedarfs mit Gas von 10 % zustande. Die Alternative „Wärmepumpe ohne PV“ führt zu einer Reduzierung von 12 %. Ist eine PV-Anlage mit einer angenommenen PV-Strom-Nutzung von etwa einem Drittel vorhanden, ergibt sich eine Reduzierung der CO2-Emissionswerte von über 40 % (s. Teil 3 CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude, Abb. 3-9).

Auf den ersten Blick scheinen das doch recht ansehnliche Umfänge zu sein. Das relativiert sich indes, wenn man auf die Säule für die Gastherme mit Heizstab (also Warmwasseraufbereitung ausschließlich mit PV-Strom) schaut. Auch in diesem Falle ergibt sich eine Reduzierung der CO2-Emission in Höhe von 7,5 Tonnen, also nicht sehr viel weniger als mit der Wärmepumpe (ohne PV), bei allerdings deutlich geringeren Investitionskosten. Dazu kommen wir später.

Der Effekt der CO2-Bepreisung

Werfen wir zunächst noch einen Blick auf die resultierenden Kosten aufgrund der CO2-Bepreisung. Es wird ja immer wieder darauf hingewiesen, dass das Heizen mit Gas gerade wegen der CO2-Preise künftig deutlich teurer werden wird. Nun kann man die Gaspreise kaum vorhersagen, aber für die CO2-Bepreisung gibt es zumindest einen Plan. Aktuell müssen für die Tonne CO2 30 € entrichtet werden. Ab 2026 soll der Wert bei 65 € pro Tonne liegen. Wenn wir vom letzteren Wert ausgehen, so ergeben sich über den angenommenen Betrachtungs­zeitraum von 20 Jahren die in Abb. 6-5 aufgezeigten Werte.

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Abbildung 6-5: Gesamte Einsparung gegenüber der Gasheizung aufgrund der CO2-Bepreisung bei einer Betriebszeit von 20 Jahren. Der Referenzwert für die Gasheizung (Einsparung 0 €) ist ganz links dargestellt. Die anderen drei Säulen geben an, wieviel man bei der Entscheidung für eines der alternativen Heizsysteme insgesamt spart. Die Höhe einer Säule ergibt sich durch die Multiplikation des CO2-Preises je Tonne mit der jeweils eingesparten CO2-Emission (s. Abb. 6-4).

Die Einsparpotential bei der Alternative Wärmepumpe mit PV liegt bei etwa 2.000 €. Ohne PV sind es knapp 600 €. Der Gasbrenner mit Heizstab bringt es auch noch auf knapp 500 €. Das sind letztlich erstaunlich geringe Beträge. Sogar im ersten Fall reden wir hier von gerade einmal 100 € pro Jahr, im Falle der Wärmepumpe ohne PV sogar nur von 30 € pro Jahr. Der Kostenvorteil durch die CO2-Besteuerung des eingesparten Brennstoffs ist demnach letztlich vernachlässigbar. Mit anderen Worten: Die Entscheidung für eine Wärmepumpe, gleich ob mit oder ohne PV, kann man mit dem Verweis auf die CO2-Bepreisung nicht seriös begründen. Das ist ein Posten, der kaum ins Gewicht fällt. Sehr viel gravierender sind die Investitionskosten pro Tonne erzielter CO2-Einsparung. Das nehmen wir in Abb. 6-6 näher in den Blick.

Die Investitionseffizienz aus der Perspektive des Verbrauchers

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Abbildung 6-6: Investitionskosten pro Tonne erzielter CO2-Einsparung mit dem Fokus auf die Kostenanteile der Verbraucher. Für die drei Alternativen wurden die jeweils erforderlichen Zusatzinvestitionen in Bezug gesetzt zu dem erzielten Einspareffekt betreffend der CO2-Emissionswerte (s. Abb. 6-4). Die Säulenhöhen ergeben sich als Division aus den Investitionskosten und der Höhe der CO2-Einsparung. Zum Vergleich sind die geltenden CO2-Preise je Tonne im Diagramm markiert.

Es fällt auf, dass die spezifischen Investitionskosten pro Tonne CO2-Einsparung in allen drei Fällen ein Vielfaches der CO2-Preise ausmachen. Damit wird augenfällig, dass der maßgebliche Faktor pro oder kontra Wärmepumpe oder Gasheizung nicht die CO2-Bepreisung, sondern die Höhe nötigen Zusatzinvestition darstellt.

Mit dem Fokus auf die erzielbare CO2-Einsparung steht der wirtschaftlich und klimapolitisch denkende Verbraucher an dieser Stelle letztlich vor folgender Entscheidung: Soll er auf die Wärmepumpe umsteigen und 1.300 € pro Tonne CO2-Einsparung zahlen oder lieber doch bei der Gasheizung bleiben und dann 65 € je Tonne des zusätzlichen CO2-Ausstoßes entrichten? Im ersten Falle zahlt er 20-mal mehr als im zweiten. Wie wird er sich entscheiden?

Natürlich ist diese Frage an dieser Stelle zugespitzt formuliert und unzulässig eingeengt auf den CO2-Effekt. Wie es um die Wirtschaftlichkeit insgesamt steht, haben wir in Teil 4 (Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung) und Teil 5 (Grundsätzliche Analyse zur Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen) näher beleuchtet. Im Hinblick auf den klimapolitischen Effekt geht es aber genau darum:

Wie setzt man das verfügbare Kapital so ein, dass eine maximale, oder zumindest doch eine möglichst hohe Wirksamkeit hinsichtlich der resultierenden CO2-Minderung eintritt?

Bewertung der Maßnahmeneffizienz

Der Schwenk von der Gasheizung auf die Wärmepumpe (ohne PV) kann angesichts der obigen Zahlen (s. Abb. 6-6) kaum als Kandidat für einen effizienten Kapitaleinsatz gelten. Das sieht man sofort ein, wenn man auf dieser Basis den Kapitalaufwand in Bezug auf die durchschnittlichen jährlichen CO2-Emissionen pro Kopf errechnet. Der CO2-Ausstoß pro Kopf liegt in Deutschland bei ca. 8 Tonnen pro Jahr. Sofern man also mit einer ähnlich „effizienten“ Maßnahme wie der Installation einer Wärmepumpe ohne PV die CO2-Emission auf null drücken möchte wäre dafür ein jährlich anfallender rechnerischer Kapitalaufwand von über 10.000 € erforderlich (≈ 1.300 €/t* 8 t). Für ganz Deutschland somit 840 Mrd. €. Jedes Jahr aufs Neue. Das wäre nicht nur höchst ineffizient, das wäre auch mit den größten Anstrengungen nicht leistbar.

Auch wenn man die Wärmepumpe mit PV als Vergleichsmaß heranzieht, kommt man noch auf 4.000 € pro Kopf und Jahr und demzufolge jährlich 340 Mrd. € für ganz Deutschland.

Um das Argument richtig zu verstehen, muss man sich an dieser Stelle nochmals klarmachen, dass es hier lediglich um die Bewertung der Maßnahmeneffizienz geht. Es wird hier nicht gesagt oder auch nur in den Raum gestellt, man könne oder müsse mit den besprochenen Maßnahmen die CO2-Emission in Deutschland vollständig reduzieren. Auch der angenommene 20-jährige Betrachtungszeitraum der Investition ist für die Bewertung nicht von Belang.

Die volkswirtschaftiiche Investitionseffizienz

Wir müssen den Bogen noch etwas weiter schlagen, denn die Kosten auf Seiten der Verbraucher sind ja nur ein Teil des Ganzen, Um das Bild zu vervollständigen, dürfen die Kosten der staatlichen Fördermaßnahmen nicht außen vor bleiben. Rechnet man beides zusammen, so erhält man die volkswirtschaftlichen Kosten. Der Einfachheit halber lassen wir dabei den Verwaltungsaufwand beiseite.

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Abbildung 6-7: Investitionskosten pro Tonne erzielter CO2-Einsparung aus volkswirtschaftlicher Sicht. Für die drei Alternativen wurden die jeweils erforderlichen Zusatzinvestitionen in Bezug gesetzt zu dem erzielten Einspareffekt betreffend der CO2-Emissionswerte (s. Abb. 6-4). Die Säulenhöhen ergeben sich als Division aus den Investitionskosten (Verbraucheranteil plus Förderung) und der Höhe der CO2-Einsparung. Die Alternative Gasbrenner plus Heizstab wird nicht gefördert, deswegen sieht man im Vergleich zu Abb. 6-6 keine Änderung, da der Verbraucher bereits alle Kosten trägt.

Verglichen mit der Verbrauchersicht (s. Abb. 6-6) liegen die Investitionskosten pro Tonne erzielter CO2-Einsparung für die Wärmepumpe ohne und mit PV in der volkswirtschaftlichen Perspektive mehr als doppelt so hoch.

Auch hier stellt sich mit dem Fokus auf die klimapolitische Wirkung die Frage nach der erzielbaren CO2-Einsparung. Macht es volkswirtschaftlich gesehen Sinn, auf die Wärmepumpe umzusteigen (mithin diese Transformation mit Steuergeld zu fördern) und 3.000 € pro Tonne CO2-Einsparung zu investieren?

Ist das ein effizienter Kapitaleinsatz im Hinblick auf die Erreichung der Klimaziele?

Und wenn wir die Wärmepumpe mit PV betrachten: Ist es sinnvoll, ist es effizient, für diesen Umstieg 1.000 € pro Tonne erzielter CO2-Einsparung zu investieren? Auf jeden Fall kann man sagen, dass die Einbeziehung von Photovoltaik effizienter ist als die bloße Förderung der Wärmepumpe ohne PV. Sie ist sogar um den Faktor 3 effizienter.

Aber auch hier: Ist das ein effizienter Kapitaleinsatz im Hinblick auf die Erreichung der Klimaziele?

Bewertung der volkswirtschaftlichen Maßnahmeneffizienz

Deutschland emittiert pro Jahr in Summe etwa 666 Mio. Tonnen CO2 (2022). Wir können die berechnete volkwirtschaftliche Investitionseffizienz nach Abb. 6-7 auf dieser Basis zu bewerten, indem wir nach der Höhe des erforderlichen Kapitalaufwands fragen, der nötig ist, um die gesamten deutschen CO2-Emissionen einzusparen. Im Falle der Wärmepumpe ohne PV wäre das ein jährlich anfallender rechnerischer Kapitaleinsatz für die Volkswirtschaft von 2.000 Mrd. € (≈ 3.118 €/t* 666 Mio. t). Wenn wir auf die effizientere Maßnahme der Wärmepumpe mit PV blicken, dann ergibt sich rechnerisch ein volkswirtschaftlicher Kapitaleinsatz von knapp 700 Mrd. € (≈ 1.026 €/t* 666 Mio. t).

Man kann unschwer erkennen. dass ein Kapitalaufwand in dieser Dimension außerhalb des Machbaren liegt. Immerhin reden wir hier im ersten Fall von der Hälfte des deutschen Bruttoinlandsprodukts (BIP) und im zweiten Fall von der Größenordnung des jährlichen deutschen Steueraufkommens.

Wir können diesen Aspekt noch genauer beleuchten und alternative Maßnahmen wie den Bau von Windrädern, Photovoltaikanlagen und Atomkraftwerken ins Auge fassen. Dazu betrachten wir die Umkehrung des diskutierten Maßes und fragen nach dem CO2-Einsparungspotential bezogen auf die investierte Summe unter Einbeziehung der Lebenszykluskosten.

Die klimapolitische Effizienz im Vergleich zu alternativen Maßnahmen

Zunächst müssen wir die summarischen Stromerträge für die alternativen Maßnahmen bezogen auf den Kostenaufwand abschätzen.

Bei der Windkraft kann man grob mit einer Investitionssumme etwa 1 Mrd. € pro Gigawatt installierter Leistung rechnen, dies entspricht einem mittleren Stromertrag von ca. 2 TWh/a. Bezüglich Solarstrom und Kernkraft ergeben sich ähnliche Werte (s. Tab. 6-1).

StromerzeugungLeistung [GW]
pro 1 Mrd. € Invest
Stromertrag [TWh/a]
pro 1 Mrd. € Invest
Windkraft≈ 1≈ 2
Photovoltaik≈ 1≈ 1
Kernkraft≈ 0,2≈ 1,6
Investitionskosten bei der Stromerzeugung

Tabelle 6-1: Installierte Leistung und erwarteter jährlicher Stromertrag (in Deutschland) bei einer Investition von 1 Mrd. Euro.

Vorstehend wurden nur die Investitionskosten berücksichtigt. Über den kompletten Lebenszyklus fallen indes noch weitere Kosten an (Betriebskosten, Wartung, Sicherheit, Rückbau), die sich letztlich auf den Strompreis und damit auch auf den Stromertrag bezogen auf die eingesetzten Mittel niederschlagen.

StromerzeugungGestehungskosten
[ct/kWh]
Stromertrag [TWh]
pro 1 Mrd. €
Windkraft≈ 4 – 12 (8 – 16)≈ 8 – 25 (6 – 12)
Photovoltaik≈ 3 – 11 (7 – 15)≈ 9 – 33 (7 – 14)
Kernkraft≈ 10 – 34≈ 3 – 10
Stromgestehungkosten (Invest plus Folgekosten) und Stromertrag

Tabelle 6-2: Stromgestehungkosten (Investition plus Folgekosten) und insgesamt erwarteter Stromertrag pro 1 Mrd. Euro. Bei Wind und Solar sind in Klammern die Werte unter Berücksichtigung der erforderlichen Speicherkosten angegeben. Die tatsächlichen Kosten hängen von vielen Faktoren ab, deswegen muss man hier mit Schwankungsbreiten rechnen. Insbesondere bei der Kernkraft findet man in der Literatur Angaben die teilweise unterhalb, manchmal aber auch deutlich oberhalb der angegebenen Grenzen liegen. Das ist dadurch begründet, dass vielfach auch sachfremde Aufwendungen in die Kosten eingerechnet werden.

Annahmen zu den Speicherkosten und den rechnerischen CO2-Emissionen

Zur Höhe der angesetzten Speicherkosten folgende Anmerkung: Nach einer groben Abschätzung dürfte der dafür zusätzlich aufzuwendende Betrag bei mindestens 4 ct/kWh liegen. Dazu kommt man unter der realistischen Annahme einer im Minimum nötigen Speicherkapazität von 0,8 % des Verbrauchs und spezifischen Speicherkosten von min. 100 € pro kWh. Pro Kilowattstunde Stromproduktion mit Wind oder Solar wären das also 8 Wh und somit 80 ct verteilt auf eine Nutzungszeit von 20 Jahren. Bezogen auf den deutschen Jahresverbrauch von ca. 500 TWh entspricht dies einer Speichergröße von 4 TWh. Der genaue Wert der erforderlichen Speicherkapazität hängt ab vom Grad der angestrebten Unabhängigkeit von Importen und der Verfügbarkeit von nicht wetterabhängigen Energiequellen. Sofern man eine 100-prozentige Autarkie anstrebt, müssen mindestens 3 % des Verbrauchs, also 30 Wh pro Kilowattstunde gespeichert werden können. Für ganz Deutschland wären dies etwa 15 Terawattstunden. Bezüglich der Kernkraft fallen natürlich keine Speicherkosten nicht an.

Die vorstehenden Überlegungen gelten für die mitteleuropäischen Wetterverhältnisse. Im Weltmaßstab sind die Verhältnisse teils viel günstiger. In manchen Regionen weht der Wind verläßlich und stark, in anderen scheint die Sonne nahezu täglich. Beides reduziert die nötige Speichergröße und wirkt somit kostendämpfend.

In erster Näherung dürfen wir die Emission bei der Kohleverstromung mit etwa 1 Mio. Tonnen pro TWh ansetzen (≈ 1 kg/kWh). Desgleichen können wir die CO2-Emissionen bezüglich Windkraft, PV und Kernkraft im Vergleich dazu vernachlässigen. Die aus diesen Annahmen resultierende Unschärfe liegt bei etwa 10 – 20 %. Im Hinblick auf den summarischen Charakter der Überlegungen fällt das nicht ins Gewicht.

Die Klimaeffizienz als CO2-Einsparung pro Euro

Ausgehend von Tab. 6-2 erhalten wir die in Abb. 6-8 dargestellte Übersicht zur Maßnahmeneffizienz.

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Abbildung 6-8: Vergleich der Effizienz verschiedener alternativer Maßnahmen im Sinne der rechnerischen CO2-Einsparung in Bezug auf den Ersatz von Kohle. Die Werte für die drei linken Rubriken ergeben sich aus den Zahlen von Abb. 6-7 unter der zusätzlichen Annahme einer Unschärfe von etwa ± 50 %.

Die oben angesprochenen Schwankungsbreiten zeigen sich natürlich auch bezüglich der abgeleiteten Klimaeffizienz der Maßnahmen.

Wie man dem Vergleich entnmmt, bringt der Bau von Windkraftanlagen, der Ausbau der Solarstromproduktion und sogar der Bau von Kernkraftanlagen einen signifikant größeren Effekt im Hinblick auf das CO2-Einsparungspotential als die Förderung von Wärmepumpen. Jedenfalls gilt das im Status quo angesichts einer immer noch bestehenden Kohleverstromung in einer Höhe von 150 TWh pro Jahr. Der Effizienzunterschied ist keine Marginalie. Wir reden hier von 1 bis 2 Größenordnungen (also einem Faktor 10 bis 100).

Anmerkung zur Effizienzbetrachtung

Bezüglich der Zahlenangaben zur Windkraft und zum Solarstrom muss ergänzend darauf verwiesen werden, dass die Kosten für die erforderlichen Speicher in Abb. 6-8 nicht enthalten sind. Die Säulen für Wind- und Solarstrom wären andernfalls nur etwa halb so hoch. Die Ausblendung der Speicherkosten kann man an dieser Stelle vertreten, weil (nach Meinung des Autors) die künftige Energieversorgung sinnvollerweise eben nicht auschließlich auf den wetterabhängigen Energiequellen Wind und Sonne beruhen sollte. Große Speicher sind nur in diesem Falle nötig.

Den Weiterbetrieb bestehender Atomkraftwerke haben wir in dieser Betrachtung außen vor gelassen, da die letzten Anlagen bereits abgeschaltet wurden. Nur am Rande: Diesbezüglich wäre die Maßnahmeneffizienz nochmals erheblich größer als in der Rubrik Kernenergie angegeben, da für die Anlagen nur die unmittelbaren Folgekosten anzurechnen wären (die nun zum großen Teil anfallen, ohne dass Strom produziert wird).

Auf den zweiten Blick scheint der Vergleich hinsichtlich der Wärmepumpe unfair, da die entsprechenden CO2-Potentiale auf den CO2-Anteil im Strommix bezogen sind, während sich Windkraft, PV und Kernkraft auf den höheren CO2-Ausstoß der Kohleverstromung beziehen. Das hat aber dennoch seine Richtigkeit, weil der Wärmepumpenstrom tatsächlich auf dem Strommix beruht, während die alternativen Maßnahmen direkt auf den Ersatz der Kohleverstromung abzielen.

Die wirksamen Maßnahmen priorisieren

Nach dem Vorstehenden ist es allemal sinnvoller, das knappe Kapital zunächst einmal in den CO2-freien Ersatz der Kohleverstromung zu investieren, statt über die Förderung von Wärmepumpen auch noch den Strombedarf zu erhöhen. Der Umstieg auf Wärmepumpen ist klimapolitisch sinnvoll, sobald weitgehend CO2-freier Strom in ausreichender Menge zur Verfügung steht (wie das in vielen Ländern Europa schon heute der Fall ist, s. Abb. 6-2). Ab etwa 2030 könnte der Punkt erreicht sein, ab welchem der Betrieb von Wärmepumpen klimapolitisch einen nennenswerten Beitrag zur CO2-Reduzierung leistet. Zwar werden heute neu installierte Gasheizungen noch etwa über einen Zeitraum von weiteren 20 Jahren betrieben, doch fällt das in der CO2-Bilanz angesichts anderer Faktoren kaum ins Gewicht.

Pro Jahr werden etwa 500.000 Gasheizungen neu verbaut. Von 2024 bis 2030 wären das also 3 Mio. Wenn wir von einem Durchschnitts­verbrauch von 20.000 kWh/a ausgehen, so emittieren diese Heizungen pro Jahr ca. 11 Mio. t CO2. Wie wir gesehen haben, ist das mit dem gegenwärtigen Strommix bei Wärmepumpen nur unwesentlich weniger. Ab 2030 könnte sich der Ausstoß von Wärmepumpen aufgrund des günstigeren Strommix sukzessive halbieren und weiter reduzieren. In Summe macht daher der Unterschied zwischen Wärmepumpe jetzt oder ab 2030 über einen Zeitraum von 20 Jahren gut 100 Mio. Tonnen CO2 aus. Pro Jahr also 5 Mio. Tonnen oder etwa 1 % der derzeitigen jährlichen Gesamtemission. Das ist vernachlässigbar. Allein aufgrund der Entscheidung zum Atomausstieg wird in der gleichen Zeitspanne mehr als die 10-fache CO2-Menge zusätzlich ausgestoßen.


Querverweise

Windräder statt Atomstrom

Alle Beiträge der Reihe:

Energiewende und Wärmepumpe

1. Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission

2. Wärmepumpe. Prinzip, Funktionsweise und Grenzen

3. CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude

4. Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung

5. Grundsätzliche Analyse zur Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen

6. Wärmepumpen für Deutschland – Klimapolitisch sinnvoll oder Fehlinvestition?

CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude

Teil 3 der Reihe „Energiewende und Wärmepumpe“

Zusammenfassung

Wir betrachten die zu erwartenden CO2-Emissionen von Luft-Wasser-Wärmepumpen im Bestand anhand einer Modellrechnung auf Basis realer Verbrauchswerte mit und ohne Photovoltaik. Es wird die Frage beantwortet: Was bringt das Heizen mit Wärmepumpe gegenüber dem Heizen mit Gas an CO2-Einsparung? Neben der grundsätzlichen Analyse wird eine bespielhafte Modellrechnung für ein Bestandsgebäude (Baujahr 2000) durchgeführt.

Die Eckdaten des Objekts

Im Folgenden wollen wir einen konkreten Vergleich zwischen einer Gas-Brennwerttherme und einer Wärmepumpe für das selbe Gebäude und identischen Wetterdaten vornehmen. Das Gebäude hat einen Wärmebedarf von 90 kWh/m2a und einen Bedarf an Warmwasser von 200 l/d. Entsprechend der Gebäudegröße entspricht dies einem Jahresverbrauch von 20.000 kWh Heizwärme inklusive der Warmwasseraufbereitung. Das sind typische Werte für einen Vier-Personenhaushalt im Einfamilienhaus.

Die Wetterdaten

Zugrunde gelegt sind die Wetterdaten der Wetterstation Oberpfaffenhofen (westlich von München). In Abb. 3-1 sind die minimalen, die mittleren und die maximalen Durchschnittstemperaturen monatsweise aufgetragen. Zusätzlich sind die Frosttage pro Monat erfasst.

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Abbildung 3-1: Relevante Wetterdaten für die Verbräuche an Heizwärme und die Warmwasseraufbereitung.

Wir haben in Teil 2 (Wärmepumpe. Prinzip, Funktionsweise und Grenzen) gesehen, dass die Effizienz der Wärmepumpe maßgeblich beeinflusst wird von der Umgebungstemperatur und der Vorlauftemperatur im Heizkreis. Das betrachtete Gebäude hat einen guten energetischen Standard (Baujahr 2000) und verfügt über eine Fußbodenheizung. Teilweise wird aber auch mit großflächigen Radiatoren geheizt, so dass die Vorlauftemperaturen relativ niedrig gehalten werden können. Eigentlich sind das gute Voraussetzungen für den Einsatz einer Wärmepumpe.

Die Heizkennlinie

Konkret wurde für die Gasbrennwerttherme die folgende Heizkennlinie (s. Abb. 3-2) zugrunde gelegt und diese Kennlinie auch für die Modellrechnung mit der Wärmepumpe eingesetzt.

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Abbildung 3-2: Heizkennlinie (rechte Achse) für die Brennwerttherme (Gasheizung) und die Wärmepumpe sowie temperaturabhängige COP-Werte der Wärmepumpe (linke Achse). Die tatsächlichen COP schwanken um die blaue Kurve herum und liegen typischerweise etwas darunter. Neben den Leitungsverlusten sind es vor allem systembedingte Einflussfaktoren, wie die insbesondere an Tagen mit höherer Luftfeuchtigkeit und Temperaturen um null Grad und leicht darüber immer wieder nötige Enteisung der Wärmepumpe, die die Effizienz negativ beeinflussen.

Heizwärme und Strombedarf

Aufgrund der zugrunde gelegten Wetterbedingungen ergibt sich im Mittel der folgende Verlauf des Heizenergiebedarfs und in der Folge auch des Verbrauchs an elektrischer Energie und der resultierenden CO2-Emission gewichtet mit dem Heizlastprofil.

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Abbildung 3-3: Heizwärme inklusive Warmwasser der Brennwerttherme bzw. der Wärmepumpe sowie Strombedarf der Wärmepumpe (linke Achse) im Jahresverlauf für die zugrunde gelegten Wetterbedingungen lt. Abb. 3-1. Die graue Kurve zeigt den Verlauf der CO2-Emissionen in g pro kWh aufgrund des Strombedarfs der Wärmepumpe im spezifischen Heizlastprofil.

Der summarische Heizbedarf inkl. Warmwasseraufbereitung belief sich auf 20.000 kWh, der Stromverbrauch auf 6650 kWh. Es wurde hier mit den tatsächlichen Verbräuchen aus 2022 gerechnet.

CO2-Emissionen Gas vs. Wärmepumpe

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Abbildung 3-4: Gesamte CO2-Emissionen der Gas-Brennwertherme und der Wärmepumpe im Jahresverlauf für die zugrunde gelegten Wetterbedingungen lt. Abb. 3-1. Die graue Kurve zeigt die summarischen Monatswerte für die CO2-Emissionen aufgrund des Gasverbrauchs (182 g/kWh Heizwärme), die orangefarbene die entsprechenden Werte für den Strombedarf der Wärmepumpe im spezifischen Heizlastprofil (480 g/kWh Strom, entsprechend ca. 160 g/kWh Heizwärme).

Man sieht, dass die beiden Kurven in Abb. 3-4 relativ nahe beieinander liegen. Die Hauptursache dafür ist die hohe CO2-Belastung des Strommix. Da im vorliegenden Fall der gemittelte Effizienzfaktor bei etwa 3 liegt, ist die aus 1 kWh Strom erhaltene Heizwärme von 3 kWh mit 480 g CO2 belastet. Das macht ca. 160 g pro kWh Heizwärme und ist damit nur unwesentlich weniger als bei der direkten Verbrennung von Gas in der Brennwerttherme. Tatsächlich liegt die Einsparung der CO2-Emissionen beim Heizen mit Wärmepumpe im Vergleich zur Gas-Brennwerttherme im Beispiel nur bei etwa 12 %, was absolut ca. 440 kg pro Jahr entspricht. Dazu später (s. Abb. 3-8).

Das Heizlastprofil

Der Grund für diese nicht besonders gute Effizienz liegt in der Verteilung des Heizbedarfs über die Temperaturbereiche. Der größte Anteil der Heizenergie fällt dann an, wenn die Temperaturen niedrig sind. Dann sind natürlich auch die COP-Werte eher klein. In Abb. 3-5 ist der Heizenergieverbrauch aus dem obigen Beispiel nach Temperaturbereichen geordnet. Wie man sieht, fallen mehr als 40 % des gesamten Energieverbrauchs bei Temperaturen unter 0 °C an, in Summe ungefähr zwei Drittel sind es bei Temperaturen unter 5 °C. Nur ein Drittel der Heizenergie wird bei Temperaturen über 5 °C verbraucht, nennenswerte Teile davon gehen auf das Konto der natürlich ganzjährig erforderlichen Warmwasseraufbereitung.

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Abbildung 3-5: Verteilung des Heizenergiebedarfs (inkl. Warmwasseraufbereitung) nach Außentemperaturen. Diese Verteilung des Energiebedarfs entspricht dem bereits erwähnten Heizlastprofil.

Das vorliegende Heizlastprofil wurde auch zugrunde gelegt für die Bestimmung der im Jahresverlauf schwankenden CO2-Emisssionen pro kWh des erforderlichen Strombedarfs der Wärmepumpe (s. Abb. 1-3 und Abb. 1-4). Im Mittel sind es 480 g/kWh (s. Abb. 1-3). Die tatsächlichen Werte variieren zwischen 220 und 660 g pro kWh (s. Abb. 4). In der monatsweisen Betrachtung ergeben sich Durchschnittswerte zwischen 400 und 550 g pro kWh (s. graue Kurve in Abb. 3-3).

Kombination Wärmepumpe und Photovoltaik

Da die Wärmepumpe große Mengen an Strom braucht, liegt es nahe, dafür möglichst selbsterzeugten Solarstrom zu verwenden. Indessen gibt es auch hier ein Dilemma: An kalten Wintertagen, wenn also ein hoher Bedarf an Heizenergie besteht und somit auch der Strombedarf stark steigt, ist im Mittel wenig Solarstrom verfügbar. Wetterbedingt wird der PV-Strom überwiegend in den Sommermonaten erzeugt, dann aber benötigt die Wärmepumpe relativ wenig Strom.

In Abb. 3-6 ist der Verlauf der Stromproduktion im Bezugsjahr 2022 zusammen mit dem Strombedarf der Wärmepumpe im Jahresverlauf dargestellt. Wie man sieht, wird in den Wintermonaten deutlich zu wenig PV-Strom bereitgestellt, im Sommer gibt es dagegen ein Überangebot.

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Abbildung 3-6: Strombilanz mit Wärmepumpe und Photovoltaik (5,5 kWp) im Referenzjahr 2022. Die blaue Kurve markiert den tatsächlichen Strombedarf der Wärmepumpe. Die Solarstromproduktion ist gelb-braun (mit gelben Quadraten markiert) dargestellt, die gelbe Kurve darunter (mit gelben Kreisen markiert) ist der für die Wärmepumpe verfügbare Anteil. Dieser Anteil ist i.d.R. merklich kleiner, weil die Wärmepumpe z.B. auch in Phasen ohne PV-Stromproduktion Energie benötigt, z.B. abends. Tatsächlich verwendbar ist nur der orange gestrichelte Anteil (ebenfalls mit gelben Kreisen markiert). Die blau gestrichelte Kurve zeigt den restlichen Strombedarf, der vom Energieversorger (EV) bezogen werden muss. In den Sommermonaten deckt der verwendbare Anteil aus dem PV-Strom den kompletten Strombedarf der Wärmepumpe ab.

Die CO2-Emissionen unter Einbeziehung des PV-Stroms

Betrachten wir nun die resultierende CO2-Bilanz bei Verwendung des PV-Stroms. In Abb. 3-7 sind die Kurvenverläufe dargestellt. Als zusätzlichen Vergleich haben wir hier die Gasheizung ebenfalls mit der PV-Anlage kombiniert und dazu das Warmwasser mittels Heizstab und dem überschüssigen Solarstrom aufbereitet, sofern dieser verfügbar war. Im Ergebnis konnte so der Gasverbrauch etwas reduziert werden und damit auch der durch die Gasverbrennung verursachte CO2-Ausstoß.

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Abbildung 3-7: CO2-Bilanz für Gasheizung und Wärmepumpe mit und ohne und Photovoltaik (5,5 kWp) im Referenzjahr 2022. Die graue Kurve zeigt die summarischen Monatswerte für die CO2-Emissionen aufgrund des Gasverbrauchs (182 g/kWh Heizwärme), die orangefarbene die entsprechenden Werte für den Strombedarf der Wärmepumpe im spezifischen Heizlastprofil (480 g/kWh Strom, entsprechend ca. 160 g/kWh Heizwärme). Die gestrichelten und jeweils mit gelben Kreisen markierten Pendants dazu zeigen die CO2-Emissionen beim Einsatz Gas plus Heizstab (ausschließlich PV-Strom) sowie den Verlauf der Emissionen beim Heizbetrieb mit Wärmepumpe und der möglichst hohen Stromnutzung aus der PV-Anlage (wie in Abb. 3-6 dargestellt).

Die CO2-Emissionen im monatlichen Vergleich

Man entnimmt Abb. 3-7 unmittelbar die merkliche Reduzierung der CO2-Emissionen bei Verwendung des PV-Stroms. Im nachfolgenden Säulendiagramm kommt die positive Wirkung deutlich zum Ausdruck.

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Abbildung 3-8: CO2-Bilanz für Gasheizung und Wärmepumpe mit und ohne und Photovoltaik (5,5 kWp) im Referenzjahr 2022. Die Säulen zeigen für jeden Monat die jeweiligen CO2-Emissionen in kg für den reinen Gasbetrieb (grau), Gas plus Heizstab mit PV-Strom (grau-gelb schraffiert), Wärmepumpe ohne PV-Strom (orange) und Wärmepumpe mit PV-Strom (orange-gelb schraffiert). In den Monaten Mai bis September deckt der verwendbare Anteil aus dem PV-Strom den kompletten Strombedarf der Wärmepumpe ab, so dass rechnerisch keine (bzw. keine nennenswerten) CO2-Emissionen anfallen (s. grün-gestrichelte Pfeile).

Nicht unerwarteterweise ist die relative Verringerung des Strombezugs vom Energieversorger am größten in den Sommermonaten. Das ist indessen auch der Zeitraum des geringsten Heizwärmebedarfs, so dass der Effekt unterm Strich begrenzt bleibt. Er ist aber dennoch nennenswert, wie wir im nächsten Abschnitt sehen werden.

Die CO2-Bilanz in der Übersicht

Übers ganze Jahr gerechnet ergeben sich im Fall der Gasheizung 3.685 kg CO2 und bei der Heizung mit Wärmepumpe 3.244 kg, also 12 % weniger. In Verbindung mit einer PV-Anlage kann der Strombedarf der Wärmepumpe teilweise (etwa zu einem Drittel) über selbst erzeugten Solarstrom abgedeckt werden. Im Ergebnis reduziert das die strombedingten CO2-Emissionen der Wärmepumpe um 33 % auf 2.174 kg. Im Vergleich dazu verringert die Kombination Gasheizung mit Heizstab und gleichzeitiger Nutzung des PV-Stroms die CO2-Emissionen nur um 10 % auf 3311 kg (s. Abb. 3-9). Im Ergebnis liegen die CO2-Emisssionen der Gasbrennwerttherme mit PV aber immerhin in etwa auf dem Niveau der Wärmepumpe ohne PV.

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Abbildung 3-9: Vergleich der CO2-Emissionen für Gasheizung um Wärmepumpe mit und ohne und Photovoltaik (5,5 kWp) im Referenzjahr 2022.

Resümee

Die Quintessenz aus Abb. 3-9 und damit aus dem kompletten Beitrag kann man folgendermaßen formulieren:

1. Die Wärmepumpe bringt im Vergleich zu einer Gas-Brennwerttherme im deutschen Strommix keine nennenswerte Einsparung an CO2-Emissionen (- 441 kg oder ≈ -12 %).

2. Eine Gas-Brennwerttherme in Verbindung mit einer PV-Anlage und einem Heizstab zur Aufbereitung des Warmwasserbedarfs führt im Ergebnis praktisch zur gleichen Menge an CO2-Emissionen (-374 kg oder ≈ -10 % statt -12 %) wie eine vielfach teurere Wärmepumpe.

3. In Verbindung mit einer passend dimensionierten Photovoltaik-Anlage (Stromproduktion ≈ Jahresverbrauch der Wärmepumpe) kann etwa ein Drittel des PV-Stroms für die Wärmepumpe verwendet werden. In diesem Fall hat die Wärmepumpe im Vergleich zu einer Gas-Brennwerttherme ein erhebliches CO2-Einsparpotential (≈ -40 %). Die Beispielbetrachtung zeigt eine Verringerung um ca. 1.500 kg. Gleichwohl verbleiben die CO2-Emissionen immer noch auf einem hohen Niveau. Es gibt keinen grundsätzlichen Wandel.

Selbstverständlich ist dieses Resümee auf den derzeitigen Strommix mit der noch relativ hohen CO2-Emission von 480 g/kWh im Strommix des Heizlastprofils bezogen. Dieser Wert kann – und muss – im Verlauf der nächsten Jahre sinken. Sobald die spezifische CO2-Belastung im Strommix auf deutlich unter 360 g/kWh fällt, kann man mit einem größeren Effekt als die angegebenen etwa 10 % im Hinblick auf die CO2-Einsparung rechnen. Bis 2030 ist indes nicht zu erwarten, dass auf diesem Wege größere Einsparpotentiale zu erzielen sind, da immer noch Kohle verstromt wird und der quasi CO2-freie Atomstrom nicht mehr verfügbar ist.

Ausblick auf Teil 4

Ist der Umstieg von der Gasheizung auf die Wärmepumpen-Heizung wirtschaftlich sinnvoll? Hierzu wird eine konkrete Beispielrechnung für ein Bestandsgebäude (Baujahr 2000) mit einem typischen Wärmebedarf und einem akzeptablen Energiestandard (Energieeffizienzklasse C) durchgeführt. In die Betrachtung werden die bekannten Fördermaßnahmen mit einbezogen und die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Betriebskosten und der Investitionen im Vergleich zu einer modernen Gas-Brennwerttherme bei unterschiedlichen Gas-/Strom-Preiskombinationen bewertet.

Link: Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung


Alle Beiträge der Reihe:

Energiewende und Wärmepumpe

1. Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission

2. Wärmepumpe. Prinzip, Funktionsweise und Grenzen

3. CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude

4. Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung

5. Grundsätzliche Analyse zur Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen

6. Wärmepumpen für Deutschland – Klimapolitisch sinnvoll oder Fehlinvestition?

Wärmepumpe: Prinzip, Funktionsweise und Grenzen

Teil 2 der Reihe „Energiewende und Wärmepumpe“

Zusammenfassung

Die grundsätzliche Wirkungsweise von Wärmepumpen wird erläutert. Dazu wird der COP-Wert als der wichtigste Effizienzfaktor von Wärmepumpen eingeführt und es werden die theoretisch möglichen und die in der Praxis erreichbaren Effizienzwerte abgeleitet und mit aktuellen Studien verglichen.

Heizen mit Wärmepumpe –  der Carnot-Prozess

Das Prinzip der Wärmekraftmaschine ist bekannt: Die in einem Trägermedium mit hoher Temperatur enthaltene thermische Energie wird aufgenommen und zum Teil in Bewegung (mechanische Energie) umgewandelt. Dabei kühlt sich das Medium ab. Die verbleibende Restwärme wird an die Umwelt abgegeben. Ausgeführt als Kreislaufprozess kann so kontinuierlich aus Wärme Bewegung erzeugt werden. Diesem Vorgang liegt der Carnot-Prozess zugrunde. In einer Wärmepumpe wird dieses physikalische Prinzip umgekehrt: Die eingesetzte mechanische Energie wird dazu verwendet, Wärmeenergie aus der Umgebung an ein Trägermedium zu übertragen. Die aufgenommene thermische Energie wird anschließend zielgerichtet abgeleitet (also z.B. für die Erwärmung von Wasser benutzt), dabei kühlt sich das Trägermedium wieder ab. Danach kann der Prozess unter erneutem Einsatz von mechanischer Energie wiederholt werden. Es ist auch hier ein Kreislaufprozess.

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Abbildung 2-1: Prinzip der Wärmepumpe als Umkehrung der Wärmekraftmaschine (Carnot-Kreisprozess)

Abhängig vom dafür eingesetzten Trägermedium ist es mit der Wärmepumpe im Grundsatz möglich, bei nahezu jeder Temperatur der Umwelt thermische Energie zu entziehen und diese zur Aufheizung eines zu verwenden. Dazu muss man sich vergegenwärtigen, dass z.B. auch Außenluft mit einer Temperatur von unter Null Grad Celsius noch Wärmeenergie enthält. Der Bezugspunkt dafür ist der absolute Nullpunkt von -273 °C = Null Grad Kelvin. Bei 250 Grad Kelvin (= -23 °C) enthält ein Stoff erheblich mehr thermische Energie als bei 200 °K (= -73 °C). Wenn ihm diese entzogen wird, so kann sie prinzipiell an anderer Stelle zum Aufheizen verwendet werden. Erst beim absoluten Nullpunkt ist die thermische Energie null.

Es ist daher auch ohne Weiteres durchführbar, der kalten Außenluft, die z.B. im Winter deutlich unter 0 ° Celsius liegen kann, Wärmeenergie zu entziehen und diese als Heizquelle zu verwenden.

Grundsätzliches zur Effizienz von Wärmepumpen

Die Effizienz der Wärmeerzeugung hängt ab vom verwendeten Trägermedium (typischerweise ein Gas mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur, z.B. Propan), der Umwelttemperatur und der Zieltemperatur der Heizwärme. Je höher die Temperatur der Umwelt und je niedriger die gewünschte Heiztemperatur, desto größer der Effizienzfaktor der Wärmepumpe, meist Coefficient of Performance (COP) genannt. Theoretisch sind COP-Werte von bis zu 10 möglich. Aufgrund von unvermeidlichen Verlusten werden in der Praxis Werte von etwa 2 (niedrige Außentemperatur, hohe Heiztemperatur, z.B. bei der Brauchwassererwärmung) bis 5 (hohe Außentemperatur, niedrige Heiztemperatur, z.B. Fußbodenheizung) erreicht.

Grundsätzlich kann der Effizienzfaktor (COP) im zugrundeliegenden Carnot-Prozess wie folgt bestimmt werden:

\begin{equation} COP = \frac{T_{H}} {T_{H} – T_{U}} \end{equation}

Dabei ist z.B. \(T_H\) die Temperatur im Heizkreis (Vorlauftemperatur) und \(T_U\) die Umwelttemperatur. Man sieht hier unmittelbar: Je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen Heizkreis und Umwelt, desto größer der Effizienzfaktor. Die Temperaturen sind hierbei in Kelvin anzugeben.

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Abbildung 2-2: Prinzip der Wärmepumpe: Aus Umweltwärme wird unter Einsatz von mechanischer Arbeit (elektrische Antriebsenergie) Heizwärme. Die Effizienz der Wärmeerzeugung hängt ab vom verwendeten Trägermedium (typischerweise ein Gas mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur, z.B. Propan), der Umwelttemperatur und der Zieltemperatur der Heizwärme. Je höher die Temperatur der Umwelt und je niedriger die gewünschte Heiztemperatur, desto größer der Effizienzfaktor COP.

Es ist daher auch ohne Weiteres durchführbar, der kalten Außenluft, die z.B. im Winter deutlich unter 0° Celsius liegen kann, Wärmeenergie zu entziehen und diese als Heizquelle zu verwenden.

Haben Wärmepumpen einen Wirkungsgrad von mehr als 100 %?

Da man aus dem Einsatz von 1 kWh Strom teilweise 3 oder 4 kWh Wärmeenergie erhält, scheint der Wirkungsgrad der Wärmepumpe größer als 1 zu sein, sogar deutlich größer als 1. Manchmal liest man daher, der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe liege bei 300 oder 400 Prozent. Das ist Unsinn. Rein physikalisch ist auch der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe, wie der eines jeden technisch-physikalischen Systems, auf jeden Fall kleiner als 1 (also <100 %), weil in die Energiebilanz auch die der Umwelt entnommene Wärmeenergie einbezogen werden muss. Der COP-Wert darf nicht mit dem Wirkungsgrad verwechselt werden. Er beschreibt lediglich das Verhältnis zwischen der erhaltenen Heizwärme und der investierten elektrischen Energie.

Realistische COP-Faktoren

Mit der oben angegebenen Formel wird indes nur eine theoretische Effizienz bestimmt. In der Praxis gibt es eine Reihe von Verlusten, so dass der tatsächliche COP-Faktor sogar unter Laborbedingungen den Wert

\begin{equation} COP = \eta \cdot \frac{T_{H}}{T_{H} – T_{U}} \end{equation}

in der Regel nicht übersteigt, wobei \(\eta \approx 0.35 \dots 0.5 \).

Wenn man die Temperaturen in Celsius angibt, lautet die Formel wie folgt:

\begin{equation} COP = \eta \cdot \frac{273 + T_{H}}{T_{H} – T_{U}} \end{equation}

Unter günstigen Bedingungen, also bei vergleichsweise hohen Umwelttemperaturen und niedrigen Vorlauftemperaturen im Heizkreis, werden COP-Werte über 4 erzielt. Um vier Kilowattstunden Heizwärme zu erzeugen, muss dann nur eine Kilowattstunde elektrische Energie eingesetzt werden. Anders sieht es aus, wenn die Umwelttemperaturen niedrig (unter null Grad Celsius) und die erforderlichen Heizkreis-Vorlauftemperaturen hoch sind. Letzteres ist dann der Fall, wenn mit klassischen Radiatoren geheizt wird und der Wärmebedarf (z.B. bei vielen Gebäuden im Bestand) eher höher anzusetzen ist. Dann muss man mit COP-Werten zwischen 2 und 3 rechnen.

In Abb. 2-3 ist der prinzipielle Zusammenhang zwischen Außentemperatur und COP-Wert dargestellt.

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Abbildung 2-3: Theoretisch möglicher und praktisch erzielbarer Effizienzfaktor COP in Abhängigkeit von der Umwelttemperatur. Dabei wurde eine Heizkreisvorlauftemperatur von 40 °C bei 0 °C und 45 °C bei -10 °C Außentemperatur zugrunde gelegt. Der blau verschwommene Bereich um die durchgezogene Kurve soll die Schwankungsbreite der real erzielbaren COP-Werte symbolisieren.

Der Einfluss der Heizkreistemperatur

Neben der Außentemperatur hat insbesondere auch die Zieltemperatur – im Falle der Heizung also die Vorlauftemperatur – einen maßgeblichen Einfluss auf die resultierenden COP-Werte. In Abb. 2-4 wird das exemplarisch für drei unterschiedliche Vorlauftemperaturen aufgezeigt.

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Abbildung 2-4: Praktisch erzielbare Effizienzfaktoren COP in Abhängigkeit von der Umwelttemperatur und unterschiedlichen konstanten Vorlauftemperaturen im Heizkreis. Der farblich verschwommenen Bereiche um die durchgezogenen Kurven sollen die Schwankungsbreite der real erzielbaren COP-Werte symbolisieren. Man erkennt dennoch unschwer, dass eine Vorlauftemperatur von 65 °C höchst ineffizient ist. Dabei tritt dieser Fall bei der Warmwasseraufbereitung durchaus auf. Aber auch eine Vorlauftemperatur von 50 °C ist bei den üblicherweise zu erwartenden Wintertemperaturen von unter 0 °C kaum wirklich günstig zu nennen, da der resultierende COP-Faktor unter 3 fällt.

Effizienz von Wärmepumpen in der Praxis

Nachfolgend werden die typischerweise erreichten COP-Werte für die drei diskutierten Vorlauftemperaturen übersichtlich in einem Säulendiagramm dargestellt. Im konkreten Falle können die tatsächlichen COP-Werte davon abweichen. Das hängt von der jeweiligen Wärmepumpe und vom Aufstellungsort ab. Als Orientierung können die Werte dennoch dienen.

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Abbildung 2-5: Praktisch erzielbare Effizienzfaktoren in Abhängigkeit von der Umwelttemperatur und unterschiedlichen konstanten Vorlauftemperaturen im Heizkreis. Man erkennt unschwer, dass die hohe Vorlauftemperatur T_V von 65 °C ein Effizienzkiller ist. Aber auch bei einer Heizkreistemperatur von 50 °C und Außentemperaturen von unter 0 °C erreicht man bei niedrigen Außentemperaturen kaum COP-Werte über 3. Auf der anderen Seite erweist sich die niedrige Vorlauftemperatur von T_V = 35 °C, wie man sie in Verbindung mit einer Fußbodenheizung regelmäßig antrifft, noch bis hinunter zu einstelligen Minustemperaturen als sehr effizient.

Vergleich mit Ergebnissen aus Studien

Dazu sei an dieser Stelle auf die aktuelle Studienlage zu den in der Praxis erzielbaren Effizienzfaktoren von Luft-Wasser-Wärmepumpen hingewiesen. Vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) nennt eine Studie aus 2017 COP-Werte von 1,9 – 3,3 mit einem Mittelwert von 2,6 (s. Zukunft Bau: Effizienz von Wärmepumpen). Davon nicht gänzlich verschieden berichtet eine Studie von Agora Energiewende 2022 (s. A-EW_273_Waermepumpen_WEB.pdf (agora-energiewende.de) Werte von 2,5 – 3,8 mit einem Mittelwert von 3,1. Durchgeführt wurde diese Studie von Fraunhofer ISE und dem Öko-Institut e.V. In älteren Studien (s. WP-Bericht-2006-07 (pro-dx.de)) wurden eher geringere Werte gemessen, z.B. COP 2,1 – 3,3 mit einem Mittelwert von 2,8 beim Betrieb mit Fußbodenheizung (also niedriger Vorlauftemperatur) und 1,4 – 2,8 mit einem Mittelwert von 2,3 beim Betrieb mit Radiatoren, also klassischen Heizkörpern (und damit höherer Vorlauftemperatur).

Anmerkung: Da diese Studien vornehmlich eher von Lobbyverbänden und ihnen nahestehenden Instituten durchgeführt wurden, stehen die Ergebnisse nach Ansicht des Autors nicht im Verdacht einer ausgesprochen negativen Berichterstattung. Jedenfalls darf bzw. muss man wohl davon ausgehen, dass die tatsächlichen COP-Faktoren in Bestandsgebäuden im Mittel kaum über den in den Studien genannten Werten liegen werden.

Diskussion zu den COP-Faktoren

Wie man Abb. 2-5 entnehmen kann, ist die Wärmepumpe bei hohen Außentemperaturen sehr effizient. Mit einem geringen Einsatz an elektrischer Energie erzielt man hohe Wärmeleistungen. Aber natürlich benötigt man eine Heizung vor allem dann, wenn es kalt ist. Sofern der Heizkreis auf niedrige Vorlauftemperaturen ausgelegt ist (z.B. Fußbodenheizung), sind für das Heizen mit Wärmepumpe auch Frosttage mit Temperaturen bis  -10 °C und darunter kein ernsthaftes Problem. Anders sieht es aus bei hohen Vorlauftemperaturen, wie das bei Gebäuden im Bestand und klassischen Radiator-Heizungen zu erwarten ist. Bei Temperaturen unter -10 °C und Vorlauftemperaturen von 50 °C und mehr sinkt die Wärmepumpen-Effizienz schnell unter die klimapolitisch sinnvolle Schwelle von COP = 3, entsprechend steigen die Betriebskosten. Glücklicherweise sind solche niedrigen Temperaturen nur selten zu erwarten (in Deutschland regional unterschiedlich mit etwa 1 %  Wahrscheinlichkeit [2 – 5 Tage pro Jahr]).

Bei der Bewertung der Effizienzfaktoren aus Abb. 2-5 muss man noch berücksichtigen, dass der größte Wärmebedarf eben bei niedrigen Außentemperaturen anfällt, so dass bei der gewichteten Mittelwertbildung übers Jahr gerade die niedrigeren COP-Werte das Gesamtergebnis stark beeinflussen. Die bei den hohen Außentemperaturen sehr günstigen COP-Faktoren von 3,5, 4,5 oder 6 klingen gut, sind in der Gesamtbetrachtung aber eher von nachrangiger Bedeutung, weil bei höheren Temperaturen von 10 °C und mehr nur ein geringer Teil der erforderlichen Jahresheizwärme erzeugt werden muss. Allenfalls kann die ganzjährig nötige Warmwasseraufbereitung davon profitieren.

Wie steht’s mit der Wirtschaftlichkeit?

Verglichen mit einer reinen Elektroheizung ist gewiss jeder COP-Wert über 1 von Vorteil. Aber: Die absehbaren Betriebskosten liegen dann schnell in Bereichen über den Kosten für die klassischen fossilen Energieträger Öl, Gas und Holz (Pellets) – und dies bei nicht unerheblichen Investitionen für die Installation der Wärmepumpe. Dieser Themenkreis wird im Hinblick auf Erdgas als Energieträger  in den Teilen 4 und 5 näher beleuchtet.

Bereits an dieser Stelle kann man aber Folgendes vorwegnehmen: Bei energetisch nicht sanierten Bestandsgebäuden mit klassischen Radiator-Heizungen und hohen Vorlauftemperaturen ist der Einsatz einer Wärmepumpe im Allgemeinen unwirtschaftlich, weil die Betriebskosten absehbar höher liegen als bei den alternativen Heizsystemen. Mittels einer durchgreifenden energetischen Sanierung kann man die Effizienz steigern und damit die Heizkosten deutlich senken, allerdings können die dafür erforderlichen hohe Zusatzinvestitionen leicht einige 10.000 € ausmachen und teilweise gar sechsstellig werden. Und wenn dabei die Strompreise im Vergleich zum heutigen Niveau nicht erheblich nachgeben, dann ist es fraglich, ob sich die Investitionen überhaupt je amortisieren werden. Mehr dazu in Teil 4.

Ausblick auf Teil 3

Wir betrachten die zu erwartenden CO2-Emissionen von Luft-Wasser-Wärmepumpen im Bestand anhand einer Modellrechnung auf Basis realer Verbrauchwerte mit und ohne Photovoltaik. Es wird die Frage beantwortet: Was bringt das Heizen mit Wärmepumpe gegenüber dem Heizen mit Gas an CO2-Einsparung? Neben der grundsätzlichen Analyse wird eine bespielhafte Modellrechnung für ein Bestandsgebäude (Baujahr 2000) durchgeführt.

Link: CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude


Alle Beiträge der Reihe:

Energiewende und Wärmepumpe

1. Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission

2. Wärmepumpe. Prinzip, Funktionsweise und Grenzen

3. CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude

4. Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung

5. Grundsätzliche Analyse zur Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen

6. Wärmepumpen für Deutschland – Klimapolitisch sinnvoll oder Fehlinvestition?

Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission

Teil 1 der Reihe „Energiewende und Wärmepumpe“

Der deutsche Strommix

Die Belastung der Stromproduktion mit CO2-Emissionen ist in Deutschland relativ hoch, weil noch ein erheblicher Teil der Stromerzeugung mittels fossiler Energieträger erfolgt. Es wird erläutert, wie der durchschnittliche CO2-Ausstoß pro kWh im Strommix zustande kommt. Ferner werden die Chancen und Risiken bezüglich des Ausbaus der Erneuerbaren – insbesondere von Windkraft und Solarstrom – diskutiert. Im Hinblick auf die Sicherstellung der Stromversorgung fragen wir exemplarisch nach der nötigen Speicherkapazität in Zeiten geringer Wind- und Solarstromerträge. Dabei beleuchten wir auch die mögliche Rolle von Elektroautos.

Stromproduktion nach Energieträgern

Betrachten wir zunächst einmal den deutschen Strommix.

© Hieronymus Fischer

Abbildung 1-1: Stromverbrauch nach Energieträgern 2021

© Hieronymus Fischer

Abbildung 1-2: Stromverbrauch nach Energieträgern 2022

Man kann den vorstehenden Abbildungen unschwer entnehmen, dass Kohle, Erdgas und Kernenergie mit über 50 % Anteil das Rückgrat der deutschen Stromproduktion bilden. Zwar liefern PV-Anlagen und Windkraft zusammen auch mehr als ein Drittel (35 % entsprechend 177 TWh), doch ist dieser Anteil aus den bekannten Gründen nur schwer planbar. Immerhin steigt die effektive Solar- und Windstromproduktion von Jahr zu Jahr. Noch 2010 waren es zusammen nur 50 TWh. Heute sind es also dreieinhalb Mal soviel.

Trotz des in 2022 um mehr als 10 TWh höheren Windstromertrags und der zugleich um 9 TWh größeren Ausbeute beim Solarstrom, stieg im Vergleich zu 2021 dennoch die Kohleverstromung um 13 TWh. Dabei war der Gesamtverbrauch sogar um etwa 10 TWh gesunken. Der Grund für das Plus bei der Kohle liegt in der Abschaltung von 3 Kern­kraft­werken im Dezember 2021 und der daraus folgenden um 33 TWh geringeren Produktion von Atomstrom.

Aufgrund des hohen Anteil an Kohle ist zu erwarten, dass der CO2-Ausstoß nicht gerade klein ausfällt. Das beleuchten wir im folgenden Abschnitt.

CO2-Emissionen im deutschen Strommix

© Hieronymus Fischer

Abbildung 1-3: CO2-Emissionen des Stromverbrauchs nach Energieträgern 2021

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Abbildung 1-4: CO2-Emissionen des Stromverbrauchs nach Energieträgern 2022

Wie man sieht, kommen die CO2-Emissionen überwiegend (75 %) aus der Kohleverstromung. Erdgas trägt nur knapp 14 % dazu bei. Die anderen Anteile kann man auf den ersten Blick demgegenüber vernachlässigen. Es ist dennoch aufschlussreich, genauer zu beleuchten, wie die diversen Energieträger (wobei wir auch die Erneuerbaren der Einfachheit halber als solche bezeichnen wollen) zu den Emissionen beitragen.

Beim Vergleich der beiden Jahre fällt auf, dass die Emissionen aus der Kohle in 2022 gegenüber 2021 um 12,4 Mio. t höher ausgefallen sind. Dies ist auf die bereits oben erwähnte höhere Kohleverstromung aufgrund der gezielten AKW-Abschaltung Ende 2021 zurückzuführen.

Verlauf der CO2-Emissionen im Verlauf der letzten 30 Jahre

Abbildung 1-5: Verlauf der CO2-Emission im deutschen Strommix (1990 – 2021). Die CO2-Emissionen gehen seit 1990 mit gelegentlichen Seitwärtsbewegungen zurück. Die Delle in 2020 ist eine Folge der Corona-Pandemie. In 2022 sind die Emissionen aufgrund der Abschaltung von 3 Atomkraftwerken und der Ersatzverstromung von Kohle gegenüber 2021 abermals gestiegen. Quelle: Umweltbundesamt (März 2022).

Spezifische CO2-Emissionen der Energieträger

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Abbildung 1-6: Spezifische CO2-Emissionen verschiedener Energieträger bei der Stromproduktion und durchschnittliche Emissionen im Strommix (2022). Quelle: Umweltbundesamt (Strommix Deutschland); eigene Berechnung (Strommix Deutschland im Heizlastprofil).

Neben den spezifischen CO2-Emissionen pro kWh sind im Diagramm auch zwei Mittelwerte für die CO2-Belastung von 420 und 480 g pro kWh im Strommix angegeben. Der erste Wert ergibt sich, wenn man die Gesamtemissionen an CO2 (s. Abb. 1-3 und 1-4) durch den Wert für die Gesamtstromproduktion (s. Abb. 1-1 und 1-2) teilt. Beim zweiten Wert ist es etwas schwieriger. Hier wird auch der zeitliche Verlauf der Stromproduktion und der Anteil der Energieträger mit berücksichtigt und daraus das gewichtete Mittel nach Maßgabe eines vorgegebenen Lastprofils gebildet. Da Heizstrom vor allem in der kalten Jahreszeit benötigt wird, dabei aber kaum Solarstrom und oft auch nur wenig Windstrom produziert wird (und folglich der Anteil der konventionellen Energieträger, also vornehmlich Kohle, steigt), ergibt sich im Heizlastprofil ein etwas höherer Durchschnittswert für die CO2-Emissionen pro kWh.

CO2-Emissionen im Jahresverlauf der Stromproduktion

Der Beitrag der Erneuerbaren zum Strommix ist bekanntermaßen variabel. Im Sommer ist der Anteil der Photovoltaik hoch, im Winter gibt es dagegen kaum Solarstrom. Beim Wind ist es ähnlich: Es gibt Zeiten mit einer sehr hohen Produktion von Windstrom, zu anderen Zeiten ist der Beitrag aber nur sehr gering. Das hat unmittelbar Einfluss auf die entsprechenden CO2-Emissionen. In den beiden folgenden Grafiken ist das exemplarisch für den Jahresverlauf 2021 und 2022 dargestellt.

© Hieronymus Fischer

Abbildung 1-7: Stromproduktion und Stromverbrauch im Jahresverlauf 2021. Zur Farbcodierung: Solarstrom ist gelb, Windstrom ist blau, konventionelle Energieträger sind in dunkelgrauer Farbe dargestellt. Der violette Kurvenverlauf (ohne Füllung) zeigt die CO2-Emissionen in Gramm pro kWh. Einige Maxima (rot) und Minima (weiß) sind exemplarisch hervorgehoben und mit den entsprechenden Zahlenwerten versehen. Im Durchschnitt stellt sich ein Wert von 390 g pro kWh ein. Quelle und Rohdaten: Agora Energiewende, Stand 29.03.2023.

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Abbildung 1-8: Stromproduktion und Stromverbrauch im Jahresverlauf 2022. Zur Farbcodierung: Solarstrom ist gelb, Windstrom ist blau, konventionelle Energieträger sind in dunkelgrauer Farbe dargestellt. Der violette Kurvenverlauf (ohne Füllung) zeigt die CO2-Emissionen in Gramm pro kWh. Einige Maxima (rot) und Minima (weiß) sind exemplarisch hervorgehoben und mit den entsprechenden Zahlenwerten versehen. Im Durchschnitt stellt sich der bereits oben genannte Wert von 420 g pro kWh ein. Quelle und Rohdaten: Agora Energiewende, Stand 29.03.2023.

Können Wind- und Solarstrom die Energieversorgung sicherstellen?

Wie wir gesehen haben, werden über Wind und Sonne maximal etwa 30 – 40 Prozent der benötigten Strommenge abgedeckt. Auf den ersten Blick könnte man daher vermuten, dass ein Ausbau dieser beiden Erneuerbaren um den Faktor zwei bis drei alle unsere Energieprobleme lösen würden. Tatsächlich kann man solche Aussagen im Netz finden und auch nicht wenige Politiker sind dieser Auffassung.

So wurde im Koalitionsvertrag der Ampel festgelegt, dass die Erneuerbaren bis 2030 auf eine Produktionskapazität von 80 % des Jahresstrombedarfs ausgebaut werden sollen. Dabei wurde auch gesagt, man sei damit sehr nahe an der Vollversorgung mit Erneuerbaren. Das ist natürlich Unsinn. Auch ein Ausbau auf 150 % oder gar 200 % würde keineswegs ohne Weiteres zu einer echten Autarkie führen. Das liegt daran, weil die summarische Betrachtung – also die Energiebilanz übers ganze Jahr – keine Aussage darüber macht, ob zu allen Zeiten Stromproduktion und Stromverbrauch im Gleichgewicht waren. Genau das ist aber – abgesehen von Speichermöglichkeiten – jederzeit nötig.

Zeitweise Defizite in der Wind- und Solarstromproduktion

Wenn im Oktober aufgrund von viel Wind und Sonne 15 Milliarden Kilowattstunden (= 15 TWh) mehr Wind- und Solarstrom produziert werden als benötigt, dann hilft das eben im November, ohne Sonne und ohne Wind und einer daraus resultierenden Deckungslücke von 10 TWh, nicht weiter. Letztlich muss in diesem Fall die unabweisbare Stromlücke konventionell geschlossen werden. In der Bilanzierung für Oktober und November würde dennoch ein Plus von 5 Milliarden Kilowattstunden (= 5 TWh) ausgewiesen werden, was beim nicht sachkundigen Beobachter leicht den Eindruck erwecken könnte, Windkraft und Solarstrom seien ausreichend vorhanden gewesen. Das ist ein Trugschluss, dem nichtsdestotrotz immer noch viele aufsitzen. Tatsächlich fehlten eben 10 TWh, und das war auch die Strom-Versorgungslücke.

Grobanalyse zu Windflauten 2021

© Hieronymus Fischer

Abbildung 1-9: Stromproduktion und Stromverbrauch im Jahresverlauf 2021 mit exemplarisch markierten Wind- und Solarstromdefiziten. Zur Farbcodierung: Solarstrom ist gelb, Windstrom ist blau, konventionelle Energieträger sind in dunkelgrauer Farbe dargestellt. Die größten Wind- und Solarstromlücken sind mit weißen Pfeilen gekennzeichnet. Dazu ist jeweils die Größe der Lücke angegeben. Vornehmlich im Spätherbst und Winter können die Defizite 40 bis 60 GW betragen. Zu diesen Zeiten werden teilweise nur 10 GW Leistung oder etwa 15 % des Bedarfs über Erneuerbare beigesteuert. Auch im Sommer treten mitunter große Produktionslücken mit bis zu 45 GW auf. Quelle und Rohdaten: Agora Energiewende, Stand 29.03.2023.

Grobanalyse zu Windflauten 2022

© Hieronymus Fischer

Abbildung 1-10: Stromproduktion und Stromverbrauch im Jahresverlauf 2022 mit exemplarisch markierten Wind- und Solarstromdefiziten. Zur Farbcodierung: Solarstrom ist gelb, Windstrom ist blau, konventionelle Energieträger sind in dunkelgrauer Farbe dargestellt. Die größten Wind- und Solarstromlücken sind mit weißen Pfeilen gekennzeichnet. Dazu ist jeweils die Größe der Lücke angegeben. Vornehmlich im Spätherbst und Winter können die Defizite 40 bis 60 GW betragen. Aber sogar im Sommer sind Leistungsfehlbeträge von 30 – 40 GW trotz hoher solarer Anteile keine Seltenheit (dabei war 2022 bezüglich der Solarstromerzeugung ein besonders gutes Jahr). Im Spätherbst und Winter werden teilweise nur 10 GW Leistung oder etwa 15 % des Bedarfs über Erneuerbare gedeckt. Quelle und Rohdaten: Agora Energiewende, Stand 29.03.2023.

Wie gravierend sind denn die potentiellen Stromlücken?

Zur richtigen Einordnung der angegebenen Stromlücken ist Folgendes zu sagen: Für eine Leistung von 10 GW benötigt man mindestens 2.000 Windräder der 5-Megawatt-Klasse (also Groß-Windkraftanlagen). Das gilt aber nur dann, wenn der Wind tatsächlich mit der Nennwindgeschwindigkeit bläst (meist 10 m/s). Bezogen auf die mittlere Leistungsabgabe benötigt man ein Vielfaches davon, nämlich etwa 9.000 solche Groß-Windräder (an Land), da der Effizienzfaktor (manchmal auch Leistungsausbeute oder Leistungsfaktor genannt) im Mittel nur bei etwa 22 % liegt. Im Falle der vorliegenden Lücken würde begreiflicherweise auch das wenig nützen, weil die geringen Erträge ja gerade aufgrund des sehr schwachen Windes entstehen.

Die Eingangsfrage, ob Wind- und Solarstrom die Energieversorgung sicherstellen können, kann man vorläufig so beantworten: Im Prinzip ja, aber nur dann, wenn das Wetter mitspielt.

Ein Extrembeispiel zum Windkraftdefizit

Um die Problematik an einem konkreten Beispiel festzumachen, betrachten wir den zweiten vertikalen Pfeil von rechts in Abb. 1-10. Die tatsächliche Windstromleistung (Onshore und Offshore) liegt in diesem Falle bei etwa 4 GW, der Leistungsbedarf ist aber 68 GW. Abzüglich anderer erneuerbarer Anteile entsteht so eine Lücke von 54 – 60 GW. Wollte man sie allein mit Windstrom schließen, so bräuchte man dafür offensichtlich mindestens die 13-fache Windstromkapazität (54/4 =13,5). Anstelle der heute (Ende 2022) installierten Windkraftleistung von ca. 65 GW müssten wir also über mehr als 800 GW verfügen.

Das wären 160.000 Windräder der 5-Megawatt-Klasse. Nur nebenbei bemerkt: Den Platzbedarf dafür können wir bei einem Abstand von 500 m (also 4 Windräder pro Quadratkilometer) auf 40.000 Quadratkilometer taxieren. Stellt man sie deutlich enger zusammen, sagen wir in einem Abstand von 333 m (also 9 Windräder pro Quadratkilometer; allerdings wird das die Leistungsabgabe substanziell beeinträchtigen), dann reichen 18.000 Quadratkilometer, was am Ende auf ca. 5 % der Landesfläche Deutschlands hinauslaufen würde: Das entspricht etwa der Größe von Sachsen oder den aufsummierten Flächen von Bremen, Hamburg, Berlin und Schleswig-Holstein zusammen. Im Mittel ist diese Vergleichsfläche in Deutschland von über 4 Millionen Menschen bewohnt.

Ist Solarstrom die Rettung?

Nach dem vorstehenden Rechenexempel sollte klar geworden sein, dass man fehlenden Windstrom nicht ohne Weiteres durch den beliebigen Ausbau der Windkraft kompensieren kann.

Die völlig analoge Aussage gilt selbstredend für Solarstrom. Diesbezüglich ist das natürlich unmittelbar einleuchtend, weil jeder weiß, dass nachts die Sonne nicht scheint und sich die Sonne im Herbst und Winter oft auch tagsüber rar macht. Hinsichtlich der Solarerträge können wir uns daher das Rechenbeispiel fast schenken. Nur so viel: In diesem Falle sind die Verhältnisse noch viel dramatischer und damit völlig aussichtslos. Daran ändert auch die Tatsache nichts, dass die gesamte im Mittel auf Deutschland einstrahlende solare Leistung ein Vielfaches unseres Strombedarfs abdecken würde. Die Rechnung geht so: mittlere solare Globalstrahlung in Deutschland ≈ 134 W/qm, Fläche ≈ 357.000 km^2, gesamte mittlere Leistung ≈ 134 W/qm * 357 Mrd. qm ≈ 48.000 GW. Das ist etwa das Siebenhundert- bis Achthundertfache des mittleren Stromleistungsbedarfs von 60 – 70 GW.

Der spezifische Solarstromertrag mit den heute verfügbaren Solarzellen liegt in Deutschland bei etwa 200 kWh pro Quadratmeter und Jahr. Auf dem Papier könnten wir daher mit Photovoltaik auf 1 % der Landesfläche (≈ 3.570 Quadratkilometer = 3,57 Mrd. Quadratmeter) leicht den kompletten Jahresstrombedarf von ca. 500 Mrd. kWh decken – aber leider nur in der Jahresbilanz und eben in der Theorie.

Modellrechnung basierend auf realen Wetterdaten

Werfen wir noch einen genaueren Blick auf die vorstehend aufgezeigte Problemstellung.

Das oben skizzierte Beispiel bezog sich lediglich auf eine Momentaufnahme. Für eine genauere Analyse muss man Zeitabschnitte betrachten. Da die Wind- und Solarstromproduktion in der Regel nicht für längere Zeit extrem niedrig ist und zeitweise auch Überkapazitäten bestehen, könnte man die Überstromproduktion speichern, um damit das wetterbedingt auftretende Manko kompensieren. Im Folgenden wollen wir dafür eine exemplarische Modellrechnung durchführen.

In der Modellbetrachtung verlangen wir, dass die Energie ausschließlich aus erneuerbaren Quellen kommen soll (also keine fossilen Kraftwerke und auch keine Kernenergie). Ferner lassen wir den möglichen Import von Strom außer Acht.

Der Analyse legen wir die konkreten Wetterdaten sowie den Stromverbrauch für die Monate November und Dezember 2022 zugrunde und gehen von einem 3-fachen Ausbau der Wind- und Solarenergie gegenüber dem Stand von 2022 aus. Zusammen mit den sonstigen Erneuerbaren ergibt der dreifache Ausbau von Windkraft und Photovoltaik eine installierte Gesamtleistung mit Regenerativen von ca. 400 GW. Das sind immerhin 600 % des typischen deutschen Leistungsbedarfs von etwa 60 – 70 GW. Auf dem Papier sieht das alles sehr gut aus und sollte, so mag man auf den ersten Blick denken, ohne Weiteres den Strombedarf decken..

Realitätsnahe Analyse zum Speicherbedarf

Die sich nun aufdrängende Frage ist:

Reicht dieser dreifache Ausbau von Windkraft und Photovoltaik bereits aus? Und wenn nicht, welche Speicherkapazität wäre nötig gewesen, um im Beispielzeitraum jederzeit die Versorgungssicherheit gewährleisten zu können?

In Abb. 1-11 sind die Ergebnisse zusammenfassend dargestellt.

© Hieronymus Fischer

Abbildung 1-11: Modellrechnung zur Strombilanz mit Erneuerbaren basierend auf den realen Wetterdaten vom November und Dezember 2022. Unterhalb des Diagramms sind die resultierenden Werte für die Speicherkapazität sowie die minimale und die maximale Speicherladung angegeben. – Rohdaten zu Produktion und Verbrauch: Energy-Charts.info, Fraunhofer ISE. Stand 08.05.2023; Aufbereitung, Darstellung und Speicheranalyse vom Autor.

Die Antwort ist ernüchternd: Tatsächlich entsteht in der Simulation eine Versorgungslücke von über 16.000 Gigawattstunden. Und dies trotz einer formal bestehenden 6-fachen Überkapazität. Der errechnete Verlauf der hypothetisch erforderlichen Speicherladung (rechte Achse, Einheit Gigawattstunden) ist in Abb. 1-11 als rote Kurve dargestellt. Sie erreicht am 18.11.2022, 13:45 Uhr, mit einer Ladung von 16,05 TWh ihr Maximum und entlädt sich binnen eines Monats bis zum 18.12.2022, nachmittags um 15:15 Uhr. Danach befüllt sich der Speicher wieder in etwa auf das Ausgangsniveau. Die anderen Kurven beziehen sich sämtlich auf die linke Achse und geben die jeweiligen Leistungswerte in Gigawatt an.

Erläuterung zur Analyse und Modellierung

Die in Abb. 1-11 dargestellten Kurven zur Stromproduktion (grün), zum Verbrauch (violett) und den sonstigen Erneuerbaren, darunter Biogas, Wasserkraft, Müllverbrennung, Pumpspeicher, Wind Offshore, …, (dunkelgrün) geben die tatsächlich gemessenen bzw. geleisteten Werte an. Bezüglich Wind OnShore (blau) und Solar (gelb) wurden die produzierten Leistungen mit dem Faktor 3 multipliziert, um so einen hypothetisch verdreifachten Ausbau zu simulieren (s. Hinweis unterhalb des Diagrammtitels). Die graue Kurve zeigt zeitgenau den Überschuss bzw. das Defizit der Stromproduktion. Die zeitliche Auflösung für alle Kurven beträgt 15 Minuten, also 96 Datenpunkte pro Tag. Der Analyse liegen folglich 5.856 Datensätze mit jeweils 16 Einzelwerten zugrunde, in Summe also über 90.000 Zahlenwerte.

Wie im Diagramm vermerkt, wurde jeweils eine Verdreifachung der installierten Leistung von Windkraft (Onshore) und Photovoltaik im Vergleich zum tatsächlichen Ausbau Ende 2022 angenommen. Das sind demnach hypothetische Leistungswerte von 183 GW Windstrom (Onshore und Offshore) und 201 GW Solarstrom. Diese Verdreifachung entspricht in etwa den (hochgesteckten) Zielen der Bundesregierung für 2030 und danach.

In der hervorgehobenen Infobox im Diagramm sind einige interessierende Kennzahlen gelistet. Im Minimum werden nur 13 GW produziert – und dies trotz des genannten verdreifachten Ausbaus. Auf der anderen Seite sind es im Maximum 151 GW, etwa doppelt soviel wie heute im gleichen Zeitraum. Der Leistungsüberschuss (also die Überstromproduktion) beläuft sich im Extremfall auf 84 GW. Dem steht ein maximales Leistungsdefizit von 52 GW gegenüber. Alles Daten die zeigen, dass das Management der Energieversorgung auf dieser volatilen Grundlage sehr anspruchsvoll werden wird.

Ergebnis der Analyse

Unter den genannten Modellannahmen ergibt sich eine minimal erforderliche Speicherkapazität von 16,05 TWh. Dabei wurde eine anfängliche Speicherladung per 1.11.2022 von 8,425 TWh unterstellt. Die Erhöhung der Anfangsladung ändert nichts am Speicherbedarf, führt aber dazu, dass Überkapazitäten teilweise ungenutzt bleiben. Sofern man indes den Speicher initial nur mit z.B. 5 TWh befüllt, ergibt sich per 18.12. eine Versorgungslücke von 3,425 TWh. Ein anfänglich leerer Speicher vergrößert das Versorgungsmanko per 18.12. auf über 8 TWh.

Wenn man nur eine Speicherkapazität von 1 TWh zur Verfügung hat, so zeigt die Modellrechnung unter den ansonsten gleichen Annahmen, dass Windkraft und Photovoltaik im Vergleich zu 2022 um den Faktor 14 auf über 800 GW Windstrom und über 900 GW Solarstrom ausgebaut werden müssten. Das ist kaum vorstellbar.

Der errechnete Speicherbedarf von 16 TWh entspricht ungefähr 11 durchschnittlichen Tagesverbräuchen oder etwa 3 % des deutschen Jahresstromverbrauchs. Das ist enorm. Gleichfalls gewaltig sind die potentiellen Kosten. Für Batteriespeicher rechnet man typischerweise mit 1.000 € pro kWh. Auf dieser Basis kommt man für den erforderlichen Speicher auf die gigantische Summe von 16.000 Mrd. Euro (= 16 Mrd. kWh * 1000 € / kWh), das ist in etwa das Vierfache des deutschen Bruttoinlandsprodukts.

Nun darf man sicherlich annehmen, dass aufgrund des technischen Fortschritts Batteriespeicher nach und nach günstiger werden. Auch Skalierungseffekte spielen eine Rolle: Jedenfalls sind Lithium-Ionen-Speicher für Elektroautos mit 100 € bis 200 € bereits heute deutlich billiger. Nehmen wir den niedrigeren Wert, so könnten sich die Speicherkosten auf 1.600 Mrd. Euro reduzieren. Das ist angesichts der nur begrenzten Lebensdauer immer noch gewaltig. Unter der Annahme einer 20-jährigen Nutzungsdauer belastet das den Energiehaushalt um Zusatzkosten von 80 Mrd. Euro pro Jahr. Auf den Strompreis würde das mit zusätzlichen 16 ct pro kWh (≈ 80 Mrd. € / 510 Mrd. kWh) durchschlagen.

Wie belastbar ist die Speicheranalyse?

Ohne Frage sprengen die Kosten für einen solchen Speicher unterm Strich den Rahmen des Machbaren. Dabei haben wir den immensen Ressourcenbedarf und die technisch-wirtschaftlichen Fragen betreffend der Herstellung noch völlig ausgeklammert. Zudem muss man sehen, dass die errechnete Speichergröße noch nicht als final angesehen werden kann, da wir ja nur die Monate November und Dezember, und dies auch nur für das Jahr 2022 zugrunde gelegt hatten. Es gibt zwar Gründe für die Annahme, dass insbesondere die Wintermonate potentiell einen hohen Speicherbedarf erfordern und dass dabei gerade November und Dezember hervorstechen, dennoch erfordert die Analyse eine komplette Jahresbetrachtung und auch die Einbeziehung weiterer Vergleichsjahre. Eine daraus folgende eventuelle Erhöhung der erforderlichen Speichergröße kann man jedenfalls nicht definitiv ausschließen.

Anmerkung: Die Analyse über das komplette Jahr 2022 zeigt, dass die o.g. Speicherkapazität ausreichen würde. Für die Wetterbedingungen in 2021 könnte der Speicher mit 15 TWh sogar etwas kleiner ausfallen.

Welche ergänzenden Maßnahmen und Alternativen bieten sich an?

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass es mit dem Ausbau von Wind- und Solarleistung alleine nicht getan ist. Natürlich kann – und muss –  man Windkraft und Photovoltaik weiter voranbringen. Es gibt aber Grenzen dafür, weil mit dem Ausbau natürlich auch die Phasen der Überstromproduktion immer stärker zunehmen, Zeiten also, in denen viel mehr Windstrom und Solarstrom produziert wird als wir benötigen und sinnvollerweise verwenden können. Wir hatten ja oben gesehen (s. Abb. 1-11), wie sogar im Winter ein Leistungsüberschuss von 84 GW entstehen kann. Im Sommer könnte der Überschuss leicht bei über 250 GW liegen. Ein kritisches Problem dabei ist die jederzeit sicherzustellende Netzstabilität. Vielfach würde man dann die Überstromproduktion vom Netz nehmen müssen. Auch unter dem Blickwinkel der Wirtschaftlichkeit wird man das so gut es geht vermeiden wollen.

Drei naheliegende Auswege drängen sich auf:

Backup-Kraftwerke

Aufbau von Kraftwerkskapazitäten (sogenannte Backup-Kraftwerke), die bei geringer Wind- und Solarstromerzeugung jederzeit die Lücke füllen können. Dazu bieten sich z.B. GuD-Kraftwerke an (Gas-und-Dampf-Turbine). Backup-Kraftwerke könnten Speicher in einem gewissen Umfang ersetzen. Allerdings benötigen sie einen fossilen Energieträger, nämlich Erdgas oder Flüssiggas, und sorgen damit für CO2-Emissionen. Später ist natürlich auch selbst hergestellter (s.u.) oder importierter grüner Wasserstoff als Energieträger denkbar.

Batterie-Stromspeicher

Als weitere Ergänzung werden wir kaum umhin kommen, zusätzlich nennenswerte Batterie-Speicherkapazitäten aufzubauen. Aus Kostengründen wird das kaum in Höhe des oben bestimmten Umfangs von über 10 TWh erfolgen können. Eine Speicherreserve von mindestens 1 – 2 Tagen (also etwa 1,5 – 3 TWh) wäre indessen technisch machbar und bliebe auch bezüglich der Kosten noch einigermaßen im Rahmen. Aber wie gesagt, diese Speichergröße würde nur einen kleinen Teil der potentiellen wetterbedingten Versorgungslücke abdecken.

Oft werden in diesem Zusammenhang die in Elektroautos verbauten Batterien als optionale Speicher genannt. Das ist tatsächlich ein erwähnenswerter Faktor, allerdings ist die so potentiell entstehende Speicherkapazität sowohl zum Aufnehmen einer größeren Überproduktion als auch hinsichtlich der Schließung der oben diskutieren Wind- und Solarstromlücken bei weitem nicht ausreichend. Diese Fragestellung wird im nachfolgenden Abschnitt über E-Autos näher beleuchtet.

Wasserstoff als Energiespeicher

Die zeitweise anfallende Überstromproduktion von bis zu weit über 200 GW kann man dazu nutzen, mittels Elektrolyse grünen Wasserstoff zu erzeugen und zu bevorraten. In Zeiten des Strommangels aufgrund schwachen Windes und wenig Sonne würde man den erzeugten Wasserstoff in einer Brennstoffzelle wieder in Strom zurück wandeln. Im Ergebnis ist auch dies ein Stromspeicher, der dabei hilft, Versorgungslücken zu schließen.

Bei der Elektrolyse erreicht man einen Wirkungsgrad von 60 – 80 %, in der Rückverstromung von Wasserstoff sind es ebenfalls etwa 60 – 80 %. In der Gesamtkette Strom-Wasserstoff-Strom erhält man daher Gesamtwirkungsgrade von ca. 40 – 50 %. I. d. R. gehen daher mehr als 50 Prozent der eingesetzten Energie verloren. Das ist indessen belanglos, wenn der eingesetzte Strom aus einer Überschussproduktion kommt.

Selbstverständlich ist die Frage nach dem Wirkungsgrad des technischen Prozesses isoliert betrachtet absolut legitim. Im größeren Kontext macht diese Betrachtung indessen überhaupt keinen Sinn mehr. Sie ist nachgerade absurd. Entscheidend ist die CO2-Effizienz, also das Potential zur CO2-Einsparung.

Das Sprichwort sagt: Einem geschenkten Gaul, schaut man nicht ins Maul.

Entscheidend ist, dass die ansonsten nicht verwendbare Überstromproduktion derart gespeichert werden kann. Das ist ein enorm wichtiger Aspekt im Hinblick auf die Sicherstellung der Energieversorgung in Zeiten geringer Stromproduktion mit Erneuerbaren. Dass dabei graduelle Verluste entstehen ist irrelevant, denn wenn man die Überstromproduktion nicht nutzt, liegen die Verluste bei 100 %.

Synthetische Kraftstoffe als Energiespeicher

Desgleichen bietet es sich an, die zeitweisen Überkapazitäten zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen (sogenannte E-Fuels) heranzuziehen. Die immer wieder dagegen vorgebrachten Argumente (wie z.B. die von Harald Lesch: Harald Lesch zerlegt E-Fuels!) sind nicht stichhaltig und gehen am sachlichen Kern der Thematik völlig vorbei.

Als Effizienz des Herstellungsverfahrens kann man auch in diesem Fall das Verhältnis zwischen dem resultierenden Energieertrag im synthetischen Kraftstoff und der aufgewendeten Energie (i. W. Strom für die Herstellung) heranziehen. Es sind ca. 50 %. Nimmt man nun noch die motorischen Verluste im Verbrenner dazu, so bleiben am Ende nur 15 % der aufgewendeten Energie für die eigentliche Mobilität (also Bewegungsenergie). Bei fossilen Kraftstoffen (die ja nicht mittels Strom erzeugt werden müssen) werden 30 % der eingesetzten Energie genutzt, bei Elektrofahrzeugen sind es über 70 % (bezogen auf die Stromnutzung).

Ist damit das Urteil über E-Fuels gesprochen? – Das wäre ein Kurzschluss. Denn man muss ja sehen, dass der für die Herstellung erforderliche Strom auch in diesem Falle sozusagen „Abfallenergie“ ist, die man sonst überhaupt nicht verwenden kann (es sei denn zur Herstellung von Wasserstoff). Diese Abfallenergie entsteht durch die Überstromproduktion in Zeiten starken Windes und hoher Solarerträge. Sie entsteht unvermeidlicherweise, weil die installierten Wind- und PV-Stromleistungen ein Vielfaches des eigentlichen Bedarfs betragen müssen, wie wir oben gesehen haben.

Die Herstellung von E-Fuels ist daher klimapolitisch von Vorteil, weil so CO2-freie Energie bereitgestellt werden kann. Niemand denkt dabei daran, die bestehende Mobilität mit Verbrennern komplett mit Hilfe von E-Fuels zu „retten“. Dies ausschließlich mit erneuerbaren (Überschuss-) Strom aus Deutschland zu machen wäre jedenfalls nicht möglich.

Resümee zu Wasserstoff und E-Fuels

Auch wenn beide Verfahren (Herstellung von Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen) für sich genommen eine geringe energetische Effizienz aufweisen, machen diese Ansätze dennoch auch wirtschaftlich absolut Sinn, insofern man ausschließlich die ansonsten nutzlose und sogar netz-destabilisierende Überstromproduktion dafür verwendet. Letztlich verblasst die Frage nach der Effizienz vor diesem Hintergrund. Denn wie gesagt: Einem geschenkten Gaul, schaut man nicht ins Maul.

Der vielfach vorgebrachte Vergleich mit E-Fahrzeugen, die aufgrund des formal höheren Wirkungsgrads mit dem Strom doch eine viel längere Wegstrecke zurücklegen könnten (ADAC: E-Fuels: Sind synthetische Kraftstoffe die Zukunft? | ADAC), führt in die Irre. Mit dem gleichen Argument könnte man auch das Radfahren verteufeln. Ein Radfahrer hat nur einen Wirkungsgrad von 18 – 23 %. Man verschwendet also gewissermaßen Energie, wenn man mit dem Fahrrad statt mit dem Elektroauto unterwegs ist.

Noch pointierter: Der durchschnittliche Wirkungsgrad bei körperlicher Arbeit beträgt beim Menschen etwa 25 %. Roboter dagegen können ihre Leistung – ähnlich wie Elektroautos – ohne Weiteres mit einem Wirkungsgrad von über 70 % erbringen ? Müsste man demnach nicht Menschen schleunigst durch Roboter ersetzen? – Natürlich ist das absurd.

Und noch ein letzter Punkt: Aus einem Kilogramm Bioabfall kann man 0,2 bis 0,3 kWh Strom erzeugen. Erschreckend wenig, angesichts der Tatsache, dass aus 1 kg Braunkohle immerhin 1,6 kWh, aus 1 kg Steinkohle 3,5 kWh und aus 1 kg Flüssiggas sogar 6 kWh Strom werden können. Sollte man deswegen auf die Verstromung des Bioabfalls verzichten? – Keineswegs, selbstverständlich ist das dennoch sinnvoll.

Diese Beispiele sollten nur noch einmal zeigen, dass die Fokussierung auf den Wirkungsgrad ein Irrweg ist. Dasselbe gilt für die u. U. geringe nominelle Ausbeute. Es bleibt ein Rätsel, aus welchem Grunde gerade die eifrigsten Befürworter der Energiewende, Interessenverbände und teilweise auch Wissenschaftsjournalisten und Wissenschaftler diesem Irrtum aufsitzen.

E-Autos als Stromspeicher – was bringt das?

Nehmen wir an, es gebe 10 Mio. Elektroautos (derzeit sind nur etwa 1 Million E-Autos zugelassen) mit einer durchschnittlichen Speichergröße von 50 kWh und einer abrufbaren Leistung von 20 kW. Die Leistung wurde deswegen auf diesen niedrigen Wert gesetzt, weil der Hausanschluss typischerweise nur mit 11 bis 22 kW belastet werden kann. Für höhere Einspeisungsleistungen müssen zusätzliche technische Vorkehrungen getroffen werden (höhere Absicherung, Verlegung von Leitungen mit größerem Querschnitt).

Unterstellen wir, die Fahrzeuge stehen in der Garage oder auf einem Stellplatz mit Ladesäule und sind bidirektional ans Stromnetz angeschlossen. Die Batterien können also jederzeit geladen und entladen werden.

Welche Leistung kann abgerufen werden?

Die Speicherkapazität und die Batterieleistung dürfen nicht miteinander vermengt werden. Das erstere ist die Energiemenge, das zweite ist quasi die Geschwindigkeit, mit der die gespeicherte Ladung abgerufen werden kann.

Die Rechnung bezüglich der Leistung ist einfach: 10 Mio. x 20 kW ergibt eine Leistung von 200 Mio. kW, also 200 GW. Das ist bereits deutlich mehr als die typischerweise im Netz angeforderte Leistung von 60 – 80 GW. Auf Seiten der Leistung würden die Batterien von 10 Mio. E-Autos also bereits vollauf und mit reichlichen Reserven genügen für die Sicherstellung der Netzstromversorgung. Im Minimum könnten sogar schon 3 – 4 Mio. Autos dafür reichen. Das ist aber auch nötig, weil natürlich nur ein Bruchteil der Autos tatsächlich mit geladenen Batterien in der Garage stehen. Viele andere sind entweder unterwegs oder müssen ihrerseits geladen werden, haben also Strombedarf.

Der kritische Punkt ist nicht die Leistung der Batteriespeicher, sondern ihre Ladekapazität, wie wir gleich sehen werden. Diese reicht nur für einen relativ kurzen Zeitraum von einigen Stunden.

Welche Speicherkapazität steht zur Verfügung?

Bei einer Entladung bis hinunter auf eine Restkapazität von 20 kWh (was einer Restreichweite von ca. 100 -150 km entsprechen würde) stehen unter den obigen Annahmen pro Fahrzeug 30 kWh zur Verfügung, die im Bedarfsfall in das Netz eingespeist werden können. Das summiert sich auf eine potentielle Netzspeicherreserve von 300 GWh oder 300 Mio. kWh.

Was bringt das für das Stromnetz?

Der durchschnittliche Tagesverbrauch an Strom beläuft sich auf etwa 1,4 TWh (≈ 510 TWh / 365), also 1.400 GWh, bzw. 1.400 Mio. kWh. Wenn wir nun noch die Stromproduktion aus anderen Quellen (Biogas, Wasserkraft, sonstige Quellen) mit etwa 200 GWh pro Tag (entsprechend einer Leistung von etwa 8 GW) berücksichtigen, so kommen wir auf eine potentielle Stromlücke von 1.200 GWh pro Tag. Folglich entspricht die in den 10 Mio. Elektroautos gespeicherte und für das Netz verfügbare Energie in etwa 25 % des durchschnittlichen Tagesbedarfs. Damit können also ca. 6 Stunden Dunkelflaute kompensiert werden. Tatsächlich sind derweil mehrere Tage währende Phasen mit einer extrem geringen Leistung von Solar- und Windkraftanlagen (z.B. weniger als 10 – 20 Prozent der durchschnittlichen Leistung) keine Seltenheit (s. z.B. Abb. 1-9 und 1-10).

Um eine Dunkelflaute von 1 Woche zu überbrücken, benötigt man nach dem Vorstehenden eine Speicherkapazität von bis zu 10 TWh = 10.000 Gigawattstunden. Das ist das 33-fache der hypothetisch vorrätigen Speicherladung von 10 Millionen Elektroautos. Dabei hatten wir in der Modellrechnung oben (s. Abb. 1-11) gesehen, dass die Versorgungslücke durchaus auch höher liegen kann.

Natürlich wird es keine 330 Millionen Elektroautos in Deutschland geben und auch die disponible Batteriespeicherkapazität der grundsätzlich verfügbaren Fahrzeuge wird kaum 50 kWh pro Auto übersteigen, daher ist die Erwartung, auf diesem Wege größere Stromlücken tatsächlich schließen zu können absolut unrealistisch. Allenfalls kann man derart kleinere Engpässe – vorzugsweise innerhalb eines Tages – überbrücken oder andere Mittel (stationäre Speicher, Pumpspeicher, Backup-Kraftwerke) sinnvoll ergänzen. Das ist fraglos ein sehr wertvoller Beitrag, er reicht aber eben zur Lösung der grundsätzlichen Problematik bei Weitem nicht aus.

Nach diesem Ausflug kommen wir zurück auf das Kernthema Energiewende und Wärmepumpe.

Spezifische CO2-Emissionen bezogen auf den Heizwert

Für den Betrieb einer Wärmepumpe braucht man bekanntlich Strom. Der Strombedarf ist abhängig von der benötigten Heizenergie, daher braucht man Im Winter viel Strom, im Sommer eher wenig (ggf. nur für die Warmwasseraufbereitung). Wie man den obigen Grafiken (s. Abb. 1-7 und 1-8) entnimmt, ist nun aber insbesondere im Winter der CO2-Ausstoß pro kWh relativ hoch (geringe Solarstromerträge, zeitweise kein Wind). Deshalb ergibt sich im gewichteten Mittel nach dem Heizenergie- bzw. dem Strombedarf einer Wärmepumpe ein höherer Durchschnittswert als der oben angegebene Strommix-Wert von 420 g/kWh. Im Heizlastprofil beläuft sich der Durchschnittswert der CO2-Emissionen auf ca. 480 g/kWh (s. Abb. 1-6).

Im Folgenden (s. Teil 3, CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude) wollen wir die Emissionen beim Heizen mit Wärmepumpe vergleichen mit der klassischen Gas-Brennwertheizung, also Heizen  mit Gas. Deshalb müssen wir auch die spezifischen Emissionen bezogen auf den Heizwert kennen (s. Abb. 1-12).

© Hieronymus Fischer

Abbildung 1-12: Spezifische CO2-Emissionen verschiedener Energieträger bezogen auf den Heizwert (Verbrennung)

Von den vorstehend genannten Emissionswerten werden wir in der Vergleichsbetrachtung Gas-Brennwerttherme vs. Wärmepumpe (s. Teil 3, CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude) vor allem zwei brauchen: Den spezifischen Emissionswert von 480 g/kWh im Heizlastprofil aus dem deutschen Strommix und den entsprechenden Emissionswert von 182 g/kWh beim Heizen mit Gas (genauer, Erdgas).

Ausblick auf Teil 2

Die grundsätzliche Wirkungsweise von Wärmepumpen wird erläutert. Dazu wird der COP-Wert als der wichtigste Effizienzfaktor von Wärmepumpen eingeführt und es werden die theoretisch möglichen und die in der Praxis erreichbaren Effizienzwerte abgeleitet und mit aktuellen Studien verglichen.

Link: Wärmepumpe. Prinzip, Funktionsweise und Grenzen


Querverweise

Windräder statt Atomstrom

Alle Beiträge der Reihe:

Energiewende und Wärmepumpe

1. Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission

2. Wärmepumpe. Prinzip, Funktionsweise und Grenzen

3. CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude

4. Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung

5. Grundsätzliche Analyse zur Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen

6. Wärmepumpen für Deutschland – Klimapolitisch sinnvoll oder Fehlinvestition?

Energiewende und Wärmepumpe

Was bringt ein Verbot von Gasheizungen fürs Klima?

Das von der Ampel geplante Verbot von Gas- und Ölheizungen schlägt hohe Wellen. Dabei hat der Wirtschaftsminister dem Parlament noch nicht einmal einen entsprechenden Gesetzentwurf wirklich vorgelegt. Von Kritikern wird angemerkt, dass es rein technisch kaum möglich sein wird, binnen weniger Jahre Millionen von Gas- und Ölheizungen auszutauschen. Zunächst fehlen die Produktionskapazitäten für die Wärmepumpen. Darüber hinaus mangelt es sogar an den Handwerkern für die Durchführung der Arbeiten. Und für die betroffenen Hausbesitzer wird das absehbar immens teuer.

Zwei Fragen drängen sich unmittelbar auf:

1. Was bringen Wärmepumpen im Vergleich zu Gasheizungen hinsichtlich der Reduzierung der CO2-Emissionen?

2. Ist der Umstieg von der Gas- auf eine Wärmepumpen-Heizung aufgrund der Anschaffungs- und Betriebskosten eine ökonomisch vertretbare Maßnahme?

Und drittens kann man anschließen:

3. Wieso denkt man in diesem Falle überhaupt an Verbote? Ist es nicht zweckdienlicher, Anreize zu schaffen? Sollte die Regierung nicht lieber aufzeigen wie sich die Kosten für Gas und Strom in den nächsten Jahren entwickeln werden? Und sollte man es den Leuten nicht selbst überlassen, welche Schlüsse sie daraus ziehen?

Wie steht es mit der Wirtschaftlichkeit?

Die klimapolitische Sinnhaftigkeit des Verbots ist zumindest fragwürdig. Das Einsparungspotential betreffend der CO2-Emissionen bleibt aufgrund der Kohleverstromung vorerst eher klein. Daneben steht insbesondere die Frage im Raum, ob der Austausch überhaupt wirtschaftlich sinnvoll ist oder nur höhere Kosten produziert werden. Trotz Förderung sind die Investitionen in eine Wärmepumpe deutlich höher als bei dem bloßen Austausch einer Gasheizung. Der Grund: Neben den reinen Anschaffungskosten für die Wärmepumpe fällt bei vielen Bestandsgebäuden ein erheblicher zusätzlicher Installations- und ggf. auch Sanierungsaufwand an.

Bei hohen Stromkosten liegen die effektiven Betriebskosten für die Wärmepumpe kaum unter denen einer Gasbrennwertheizung. Und wenn die Kosten für den Bezug von Gas steigen, dann werden aufgrund der Marktmechanismen auch die Stromkosten höher. Denn Gaskraftwerke sind als Backup für die Stromerzeugung unverzichtbar. Bei wenig Wind und starker Bewölkung reicht die Stromproduktion durch Wind und Sonne nicht aus. Das gilt auch noch bei einem deutlich stärkeren Ausbau von Windkraft und Photovoltaik. Die Verzahnung der Preise gilt jedenfalls dann, sofern nicht politisch gegengesteuert wird.

Faustregel zur Wirtschaftlichkeit

Eine erste grobe Aussage zur Wirtschaftlichkeit sei an dieser Stelle vorweggenommen. Als Faustregel kann  man sagen:

Wenn der Strompreis pro kWh weniger als zweieinhalb bis dreimal höher ist als der Gaspreis, dann sind die reinen Betriebskosten einer (Luft-Wasser-) Wärmepumpenheizung i. A. (also bei noch annehmbarer Energieeffizienz) signifikant geringer als die einer Gasheizung.

Bei einem ungünstigeren Verhältnis Strompreis zu Gaspreis von etwa 3:1 oder 3,5:1 und höher amortisieren sich die erheblichen Zusatzinvestitionen in die Wärmepumpe in vielen Fällen nicht. Abhängig von den individuellen Verhältnissen im Hinblick auf die Effizienz der Wärmepumpe und der Möglichkeit der Solarstromnutzung besteht daher nicht selten die Gefahr eines dauerhaften Draufzahlgeschäfts.

Ältere Bestandsgebäude sind potentiell problematisch

Die vorstehende Aussage gilt insbesondere für die vielen älteren Gebäude. Immerhin gibt es etwa 20 Millionen Wohngebäude im Bestand. In einer Studie des Forschungsinstituts für Wärmeschutz München (FIW München, s. [12]) wird dazu angemerkt, dass etwa die Hälfte davon (also 10 Mio. Gebäude) für den Betrieb mit Wärmepumpen überhaupt nicht geeignet sei, weil der energetische Sanierungsstand der Häuser einen halbwegs wirtschaftlichen Betrieb gar nicht zulasse.

Hinzu kommt der damit einhergehende höhere Strombedarf. Es gibt berechtigte Zweifel, inwiefern angesichts des schleppenden Ausbaus das Stromnetz an die Belastungsgrenze oder gar darüber hinaus kommt. Gerade auch, wenn gleichzeitig, wie von der Politik gewünscht, immer mehr Menschen auf Elektromobilität umsteigen sollten und auch der Stromverbrauch in der Industrie wächst.

Welche Themen werden behandelt?

Die engere Frage der Wirtschaftlichkeit soll an dieser Stelle noch nicht weiter vertieft werden, sie wird in Teil 4 (Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung) und Teil 5 (Grundsätzliche Analyse zur Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen) behandelt. Davor wollen wir in Teil 3 (CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude) beleuchten, ob mit dem Umstieg von der Gas- auf die Wärmepumpen-Heizung dem Klima gedient ist. Konkret soll dabei an einem Beispiel die Frage beantwortet werden: Was bringt das Heizen mit Wärmepumpe gegenüber dem Heizen mit Gas an CO2-Einsparung. In Teil 2 (Wärmepumpe. Prinzip, Funktionsweise und Grenzen) wird die grundlegende Funktionsweise von Wärmepumpen erläutert. Ferner wird das theoretische und das in der Praxis mittels Wärmepumpenheizungen erreichbare Effizienzpotential aufgezeigt.

Im letzten Teil 6 (Wärmepumpen für Deutschland – Klimapolitisch sinnvoll oder Fehlinvestition?) diskutieren wir die mit der Wärmewende zusammenhängenden Fragen im Hinblick auf den volkswirtschaftlichen und den globalen klimapolitischen Nutzen, insbesondere hinsichtlich der Effizienz und der Sinnhaftigkeit des Kapitaleinsatzes (auch von Fördermaßnahmen).

Beginnen wollen wir indes in Teil 1 (Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission) mit einem genaueren Blick auf die Stromproduktion: Welche Anteile haben die einzelnen Energieträger? Wie setzt sich der Strommix zusammen? Wie hoch ist der durchschnittliche CO2-Ausstoß pro kWh? Was können Windkraft- und Solarstrom leisten? Wo liegen die Grenzen? Welche ergänzenden Maßnahmen sind nötig, um die Versorgungssicherheit gewährleisten zu können?

Kurzer Überblick über die Einzelbeiträge

1. Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission

Die Belastung der Stromproduktion mit CO2-Emissionen ist in Deutschland relativ hoch, weil noch ein erheblicher Teil der Stromerzeugung mittels fossiler Energieträger erfolgt. Es wird erläutert, wie der durchschnittliche CO2-Ausstoß pro kWh im Strommix zustande kommt. Ferner werden die Chancen und Risiken bezüglich des Ausbaus der Erneuerbaren – insbesondere von Windkraft und Solarstrom – diskutiert. Im Hinblick auf die Sicherstellung der Stromversorgung fragen wir exemplarisch nach der nötigen Speicherkapazität in Zeiten geringer Wind- und Solarstromerträge. Dabei beleuchten wir auch die mögliche Rolle von Elektroautos.

Link: Energiewende, Stromproduktion und CO2-Emission

2. Wärmepumpe. Prinzip, Funktionsweise und Grenzen

Die grundsätzliche Wirkungsweise von Wärmepumpen wird erläutert. Dazu wird der COP-Wert als der wichtigste Effizienzfaktor von Wärmepumpen eingeführt und es werden die theoretisch möglichen und die in der Praxis erreichbaren Effizienzwerte abgeleitet.

Link: Wärmepumpe. Prinzip, Funktionsweise und Grenzen

3. CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude

Es wird die Frage beantwortet: Was bringt das Heizen mit (Luft-Wasser-) Wärmepumpe gegenüber dem Heizen mit Gas an CO2-Einsparung? Neben der grundsätzlichen Betrachtung wird eine bespielhafte Modellrechnung für ein Bestandsgebäude (Baujahr 2000) mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe durchgeführt.

Link: CO2-Emissionen von Gasheizung und Wärmepumpe – Vergleich für ein Bestandsgebäude

4. Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung

Ist der Umstieg von der Gasheizung auf die ( Luft-Wasser-) Wärmepumpenheizung wirtschaftlich sinnvoll? Hierzu wird eine konkrete Beispielrechnung für ein Bestandsgebäude (Baujahr 2000) mit einem typischen Wärmebedarf und einem akzeptablen Energiestandard (Energieeffizienzklasse C) durchgeführt. In die Betrachtung werden die bekannten Fördermaßnahmen mit einbezogen und die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Betriebskosten und der Investitionen im Vergleich zu einer modernen Gas-Brennwerttherme bewertet.

Link: Gasheizung oder Wärmepumpe? Exemplarische Wirtschaftlichkeitsrechnung

5. Grundsätzliche Analyse zur Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen

Über den konkret betrachteten Fall hinaus werden grundsätzliche Überlegungen zur Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen gegenüber Gas-Brennwertthermen angestellt. Ferner werden Wirtschaftlichkeitskriterien mit und ohne Investition sowie mit und ohne Einsatz von Photovoltaik formuliert.

Link: Grundsätzliche Analyse zur Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen

6. Wärmepumpen für Deutschland – Klimapolitisch sinnvoll oder Fehlinvestition?

Die Analyse im Vergleich mit anderen Ländern zeigt, dass die Gegebenheiten in Deutschland aufgrund des ungünstigen Strommix‘ und der hohen Kosten unvorteilhaft sind. Ist daher die Wärmepumpe zum jetzigen Zeitpunkt das richtige Heizsystem für Deutschland? Macht ein Verbot bzw. ein Tauschzwang für Gasheizungen Sinn? Und ist der finanzielle Aufwand dafür unter allen Gesichtspunkten – wirtschaftlich und klimapolitisch – vernünftig?

Es wird gezeigt, dass der Einsatz von Luft-Wasser-Wärmepumpen unter den gegebenen Umständen in der großen Perspektive weder wirtschaftlich ist noch überhaupt eine nennenswerte klimapolitische Wirkung entfaltet. Darüber hinaus wird dargelegt, mit welchen Maßnahmen die CO2-Emissionen wirksam und effizient reduziert werden können. Das Kriterium dafür ist der finanzielle Aufwand pro eingesparter CO2-Menge.

Link: Wärmepumpen für Deutschland – Klimapolitisch sinnvoll oder Fehlinvestition?


Quellen

[1] https://www.agora-energiewende.de/
Stromerzeugung, Stromverbrauch, CO2-Emissionen – Agora Energiewende

[2] Stromproduktion | Energy-Charts
Energy-Charts-Info – Fraunhofer ISE, u.a. mit den Leistungs- und Energiedaten sowie dem Datenstand zum Ausbau der Erneuerbaren:
Bundesnetzagentur, 50 Hertz, Amprion, Tennet, TransnetBW, EEX-Transparenzplattform, ENTSOE Transparenzplattform, Statistisches Bundesamt (Destatis), Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), AGEE

[3] CO2-Emissionen im deutschen Strommix
Umweltbundesamt

[4] Fachlexikon Mechatronik / Energiewerte (fachlexika.de)
Brennwerte und Heizwerte üblicher Brennstoffe

[5] Zukunft Umweltwärme – Wirkungsgrade der Stromerzeugung (zukunft-umweltwaerme.de)
Wirkungsgrade der Stromerzeugung

[6] A-EW_273_Waermepumpen_WEB.pdf (agora-energiewende.de)
Agora Energiewende 2022

[7] Wärmepumpen in Bestandsgebäuden (tsb-energie.de)
Wärmepumpen im Bestand – Mythen und Fakten (Fraunhofer ISE 2022)

[8] BMWi-03ET1272A-WPsmart_im_Bestand-Schlussbericht.pdf
Fraunhofer ISE 2020

[9] Zukunft Bau: Effizienz von Wärmepumpen
Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) 2017

[10] Nicht jede Wärmepumpe trägt zum Klimaschutz bei
Feldtest zu Wärmepumpen

[11] Feldstudien & Ergebnisse (jahresarbeitszahlen.de)
Übersicht über einige ältere Studien zu Wärmepumpen und den erreichten COP-Werten

[12] Wärmepumpen-Offensive nur bei Hälfte aller Wohnungen sinnvoll (merkur.de)
Studie des Forschungsinstituts für Wärmeschutz München (FIW München)

[13] Heizwerte/-äquivalente
Heizwerte- und Heizäquivalente für eine Reihe von Energieträgern

[14] Das können die neuen Wärmepumpen (merkur.de)

[15] Wärmepumpen sind laute und teure Stromfresser? Experte klärt über die 10 größten Irrtümer auf (merkur.de)

[16] Habeck plant Verbot von Öl- und Gasheizungen: Jetzt gibt es erste Details (merkur.de)

[17] Klimawende im Heizungskeller: Handwerk gegen strikte Verbote (merkur.de)

[18] Wärmepumpen-Engpass: Diese Hersteller liefern jetzt am schnellsten (merkur.de)

[19] Handwerk kritisiert Habecks Heiz-Plan: „Klimawende nicht mit einem Fingerschnippen“ (merkur.de)

[20] Wasserstoff oder Wärmepumpe? Studie klärt auf: Was ist beim Heizen im Haushalt günstiger (merkur.de)

[21] Handwerk: Verbot neuer Öl- und Gasheizungen nicht umsetzbar (merkur.de)

[22] Aufregung um Öl- und Gasheizung: „Das macht Dänemark schon seit 2013“ (merkur.de)

[23] Energiewende mit Gefahren: Jahrhundertgift PFAS in Wärmepumpen (merkur.de)

[24] Wärmepumpen-Boom hält an (merkur.de)

[25] Wirtschaftsweise Grimm übt harsche Kritik an Habecks Heizungsverbot (merkur.de)

[26] „Ins Knie schießen“: Wirtschaftsweise zerpflückt Habeck-Pläne zum Verbot von Öl- und Gasheizungen (merkur.de)

[27] Lindner zerreißt Habecks Heizungspläne: Geplantes Verbot ein „finanzielles Luftschloss“ (merkur.de)

[28] Heizen ohne Putin: Wärmepumpen sind beliebt – und werden knapp (merkur.de)

[29] FDP will Habecks Heizungspläne stoppen (merkur.de)

[30] Habecks Heizgesetz: Verbraucher soll auf Energieverbrauch durchleuchtet werden (merkur.de)

[31] Einbau von Wärmepumpen: So fördern andere Staaten in Europa – FOCUS online

Windräder statt Atomstrom

Einleitung

Am 15. April 2023 wurden in Deutschland die letzten drei Kernkraftwerke abgeschaltet. Davor waren bereits Ende 2021 drei Atomkraftwerke vom Netz genommen worden. Damit ist das Kapitel Kernenergie in Deutschland auf absehbare Zeit beendet. In der Konsequenz muss die nun zwangsläufig entstehende Energielücke entweder durch Stromimporte – pikanterweise auch von Atomstrom aus den Nachbarländern – oder durch Ausbau eigener alternativer Erzeugungskapazitäten (z.B. mehr Windräder) geschlossen werden. So lange es die noch nicht gibt, wird man notgedrungen wohl auch auf fossile Energieträger zurückgreifen müssen. Das ist klimapolitisch fatal, weil Atomstrom immerhin als quasi CO2-frei gelten konnte.

Die ersatzweise Kohleverstromung sollte sich aufgrund der dadurch verursachten besonders hohen CO2-Emissionen eigentlich verbieten. Und dennoch haben wir im Vorjahr genau dies gesehen, nachdem bereits im Dezember 2021 drei Atomkraftwerke außer Dienst gestellt worden waren. Trotz günstiger Wetterbedingungen in 2022 und der daraus resultierenden gestiegenen Wind- und Solarstromproduktion, hat dies zu einer um 13 Mrd. kWh höheren Kohleverstromung mit der Konsequenz von 12,5 Mio. Tonnen CO2 zusätzlich geführt. Dabei war der Gesamtstromverbrauch sogar geringer als im Jahr zuvor, was den Ausstoß von CO2 hätte sinken lassen sollen. Es steht zu befürchten, dass der Ausfall des Atomstroms auch in den nächsten Jahren noch zu erhöhten CO2-Emissionen im Bereich von Zig-Millionen Tonnen führen wird.

Unabhängig davon sieht das politische Programm indessen vor, den nunmehr fehlenden Atomstrom – und natürlich auch die Kohlestromproduktion – in erster Linie durch Windstrom zu ersetzen und dafür die Windkraft zügig auszubauen. Im Folgenden wollen wir beleuchten, was zu diesem Zwecke auf Seiten der Produktionskapazitäten vonnöten ist und auch fragen, wie viele Windräder dafür erforderlich sind.

Die Ausgangssituation

Die sechs seit 2021 in Deutschland abgeschalteten Atomkraftwerke produzierten zuletzt noch eine Energiemenge von 65 TWh pro Jahr (2021) und trugen so etwa 13 % zu unserer Stromversorgung bei. Das ist mehr als halb soviel wie die jährliche Windstromproduktion (2021: 112 TWh / 22 %) und übersteigt die gesamte Solarstromerzeugung (2021: 45 TWh / 9 %) um den Strombedarf von mehr als fünf Millionen Haushalten.

Was leisten Windenergieanlagen?

Der Windstrom wird von etwa 30.000 Windrädern produziert. Eine durchschnittliche Windenergieanlage erzeugt daher eine Strommenge von knapp 3,8 GWh pro Jahr. Um die sechs vom Netz genommenen Kernkraftwerke zu ersetzen, benötigen wir daher ca. 65.000 GWh / 3,8 GWh ≈ 17.000 Windkraftanlagen, also knapp 3.000 Windräder pro Atomkraftwerk.

Siebzehntausend Windräder? Das ist für viele sicher eine unerwartet große Zahl. Sie ist deswegen so groß, weil der Wind natürlich nicht immer gleichmäßig stark weht und der Stromertrag in Zeiten geringen Windes erheblich unter die Nennleistung der Windenergieanlage fällt. Tatsächlich steigt die abgegebene Leistung proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Mit \(P\) als elektrischer Leistung des Windrads und \(v\) als Windgeschwindigkeit gilt daher

\begin{equation} P \sim v^{3} \end{equation}

Doppelte Windgeschwindigkeit bedeutet also \(2^{3}=2 \cdot 2\cdot 2 = 8 \)-fache Leistung. Die Kehrseite der Medaille ist: halbe Windgeschwindigkeit, nur ein Achtel der Leistung. Ein Windrad, das für eine Nennleistung von 3,2 MW bei 10 m/s (= 36 km/h) konzipiert ist, leistet bei 5 m/s (= 18 km/h) nur 0,4 MW, also 12,5 % der Nennleistung. Bei 2,5 m/s (= 9 km/h) sind es gar nur noch 0,05 MW = 50 kW; das ist ein Vierundsechzigstel, also gerade einmal 1,6 % der Nennleistung.

Stromertrag von Windrädern in der Praxis

Aufgrund des vorgenannten Zusammenhangs und des vor allem an Land recht ungleichmäßig wehenden Windes mit häufigen Schwachwindphasen, erreicht der Stromertrag einer Windenergieanlage nur einen Bruchteil des aufgrund der gegebenen Nennleistung theoretisch möglichen Maximalwerts. Um es an einem konkreten Beispiel deutlich zu machen: Wenn der Wind jeden Monat 3 Tage durchgehend mit der vollen Stärke von 10 m/s bläst und in der restlichen Zeit kontinuierlich mit 5 m/s weht – das würden wir immer noch als ziemlich windig empfinden, dann gibt ein Windrad im Mittel nur 21 % seiner regulären Leistung ab.

Typischerweise beträgt der Effizienzfaktor (manchmal auch Leistungsfaktor oder Leistungsausbeute genannt) von Windkraftanlagen an Land etwa 22 %. Eine 3,2-MW-Anlage leistet daher im Mittel ca. 0,7 MW.

Die installierte Leistung

Normalerweise werden natürlich die Nennleistungen der Windräder in den Vordergrund gestellt. Man spricht dann von „installierter Leistung“. Schon in 2021 summierte sich diese auf 63,5 GW. Das ist fast soviel wie der durchschnittliche Bedarf an elektrischer Leistung in Deutschland von etwa 70 GW. Das klingt nach sehr viel, und es ist auch viel, aber eben nur dann, wenn der Wind überall in der erforderlichen Stärke bläst, was nur äußerst selten der Fall ist – eigentlich nie.

An guten Tagen leistet die Windkraft in Deutschland bis zu 40 GW, an schlechten aber nahezu nichts, oder nur 5 GW, also weniger als ein Zwölftel der Nennleistung. Im Mittel sind es tatsächlich nur die genannten ca. 22 % des technischen Leistungsmaximums, entsprechend etwa 14 GW. In windstarken Jahren kann der Wert auch höher liegen, 2019 waren es z.B. über 23 %. Es gibt aber auch Schwachwind-Jahre, in denen der Effizienzfaktor noch nicht einmal die 20%-Grenze erreicht. Z.B. waren es 2016 nur gut 18%.

Das ist der Grund, warum man die o.g. große Anzahl von Windrädern braucht, um nur sechs Kernkraftwerke zu ersetzen. Wobei „ersetzen“ im strengen Sinn so einfach nicht möglich ist, weil man natürlich auch dann Strom benötigt, wenn nur wenig Wind weht und die Sonne nicht scheint. Um diese Phasen zu überbrücken kommt man um zusätzliche Backup-Kraftwerke oder große Speicherkapazitäten – die derzeit aber noch kaum verfügbar und zudem enorm teuer sind – nicht herum.

Wieviel Windräder braucht man?

Nun baut man heute viel größere Windräder, eher Groß-Windkraftanlagen mit nicht selten 150 bis 170 m Turmhöhe und einem Propellerradius von bis zu 70 m. Solche Anlagen leisten grundsätzlich deutlich mehr als der Durchschnitt der Altanlagen, sie unterliegen aber den selben physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Da sie aber höher sind, profitieren sie eher von den tendenziell besseren Windverhältnissen in den bodenfernen Luftschichten.

Die genannten neuen Groß-Windkraftanlagen sind oft für eine Nennleistung von 5 – 6 MW konzipiert. Legen wir für die Rechnung 5 MW zugrunde und unterstellen wir einen Effizienzfaktor von mindestens 21 %. Um auf dieser Basis die sechs abgeschalteten Atomkraftwerke (65 TWh Jahresertrag) zu ersetzen, benötigen wir daher 65.000.000 MWh / (5 MW * 8760 h * 0,21) ≈ 7.000 Windräder. Anmerkung: 1 Jahr hat 8760 Stunden. Pro AKW sind das also ca. 1.100 große Windräder. Im Folgenden rechnen wir mit diesen 7.000 Groß-Windkraftanlagen als Ersatz für die sechs Kernkraftwerke.

Wir bauen einen Mega-Windpark

Die größte Ausdehnung Deutschlands in der Nord-Süd-Richtung beläuft sich auf 876 km. Die Entfernung zwischen Flensburg und Oberstdorf (Luftlinie) beträgt 822 km.

Unterstellen wir, die Windräder würden im Abstand von 500 m nebeneinander aufgestellt. Das ist aus wissenschaftlicher Sicht ein empfehlenswerter Abstand orthogonal zur Hauptwindrichtung, um Interferenzen und Minderleistungen zu vermeiden. Demnach erstrecken sich die 7.000 Windräder über eine Gesamtlänge von 3.500 km. Wenn wir sie also zwischen Oberstdorf und Flensburg aufstellen wollen, dann können wir in einer Reihe nur 822 / 0,5 = 1.644 Windräder nebeneinander unterbringen.

Um alle 7.000 aufzureihen, müssen wir daher in einem gewissen Abstand hinter der ersten Reihe eine zweite, dritte und vierte aufbauen, und auch noch eine fünfte über mehr als 200 km. Nehmen wir auch diesbezüglich den nach wissenschaftlicher Beurteilung zu präferierenden Mindestabstand (in der Hauptwindrichtung) von 1 km. Anmerkung: In vielen existierenden Windparks stehen die Windräder zu eng aufeinander, was auf Kosten des Ertrags geht.

Der Mega-Windpark von Flensburg bis Oberstdorf und die weiteren Folgen aus dem Atomausstieg. Natürlich ist diese Anlage nur als symbolisches Gebilde zu verstehen, um die Dimensionen deutlich zu machen.

Der Mega-Windpark zieht sich also quer durch Deutschland: alle 500 m steht ein Windrad mit einer Höhe des Turms von 150 – 170 m  (ungefähr die Nabenhöhe) und einer Scheitelhöhe inkl. des Propellers von bis zu 250 m. Und jeweils 1 km dahinter verläuft die zweite, dahinter die dritte, dann die vierte Reihe und schließlich auch noch eine dünner besetzte fünfte Reihe.

Ressourcen für den Mega-Windpark

Der Ressourcenbedarf für den Bau der 7.000 Windräder ist beachtlich: 1,4 Mio. Tonnen Stahl, 7 Mio. Kubikmeter Beton, dazu noch Unmengen an Kupfer, Aluminium und Glas. Aber wir wollen ja sauberen Strom. Und tatsächlich ist der erzeugte Windstrom, trotz des großen initialen Materialaufwands, mit 5 bis 10 g CO2 pro kWh unterm Strich ausgesprochen CO2-arm. Der zur Herstellung erforderliche Energieaufwand amortisiert sich innerhalb von 12 Monaten.

Gleichfalls hoch ist der Flächenbedarf für den Mega-Windpark. Inklusive einer Abstandszone von beidseitig 500 m kommen wir bei 822 km Länge und 4,5 km Breite auf 3.700 Quadratkilometer. Das sind etwa 1 % der Landesfläche von Deutschland. Immerhin kann man dieses Areal zum größeren Teil noch anderweitig nutzen, z.B. für Ackerbau und Viehzucht.

Die Kosten für den Bau der 7.000 Groß-Windkraftanlagen sind ebenfalls gewaltig. Mit etwa 35 Milliarden € muss man wohl rechnen, wobei die Ausgaben für den erforderlichen Netzausbau noch hinzukommen. Dennoch gilt: Bei einer Betriebszeit von 20 oder 30 Jahren bleibt der Kostenaufwand pro kWh produzierten Stroms insgesamt relativ niedrig. Erwartungsgemäß ist daher Windstrom in der Erzeugung mit 5 – 10 ct/kWh vergleichweise billig (jedenfalls dann, wenn man die versteckten Mehrkosten für Backup-Kraftwerke und Speicher außen vor lässt). Aufgrund der Belastung mit Steuern, Abgaben, Umlagen und Gebühren, kommt das allerdings beim Verbraucher – wie auch in anderen Fällen – absehbar nicht an.

Die Deutschlandkarte zeigt den Mega-Windpark anhand von 40 kleinen Quadraten auf einer geraden Linie zwischen Oberstdorf und Flensburg. Jedes der Quadrate steht für einen „kleinen“ Windpark mit 20 km Länge und 4 – 5 km Breite, bestehend aus jeweils 175 Windrädern.

Natürlich kann man die Windräder auch etwas näher zusammenrücken, damit man weniger Fläche benötigt. Das geht dann aber – wie bereits oben gesagt – auf Kosten der Effizienz.

Was gewinnen wir damit?

Mit diesem Windkraftpark quer durch Deutschland können wir die sechs seit 2021 außer Dienst gestellten Atomkraftwerke ersetzen. Jedenfalls einigermaßen, denn wenn der Wind nicht weht, nützen auch diese 7.000 Windräder nichts. Dann müssen wir Kohlestrom produzieren, ihn vielleicht aus Polen importieren, oder Atomstrom aus Frankreich, Belgien oder Tschechien beziehen. Alternativ können wir die Stromlücken mit Backup-Gaskraftwerken schließen – die wir allerdings in größerer Anzahl noch bauen müssen. Indessen ist auch die letztgenannte Option auf Basis modernster GuD-Kraftwerke mit 400 bis 500 g CO2 pro kWh Strom belastet (Anmerkung: GuD = Gas-und-Dampfturbine).

Verschärft wird die Problematik durch die angestrebte Wärmewende (Tausch von Gasheizungen gegen Wärmepumpen) und die Mobilitätswende, die beide sogar schon kurz- und mittelfristig einen erhöhten Strombedarf nach sich ziehen werden.

Wir brauchen also Strom, und dieser Strom muss sauber sein. Anderfalls macht weder die Wärmewende noch der Umstieg auf Elektromobilität überhaupt irgendeinen Sinn. Deswegen ist die Entscheidung zur Abschaltung der Atomkraftwerke grob gegen die Vernunft gerichtet.

Dreckiger Strom für die Wärmewende und für die Elektromobilität

Apropos Kohlestrom: Natürlich dauert es einige Jahre, bis die oben genannten 7.000 Windräder gebaut sind. Wenn wir die derzeitige Geschwindigkeit von etwa 0,8 – 1,5 Windenergieanlagen pro Tag zugrunde legen, dann brauchen wir dafür 13 – 24 Jahre. Aber auch wenn es schneller gehen sollte – jedenfalls ging es zwischen 2010 und 2019 mit 4 bis 5 (allerdings kleineren) Windrädern pro Tag deutlich flotter – werden wir in den nächsten Jahren noch auf Kohlestrom angewiesen sein. Zumindest im Umfang des ausgefallenen Atomstromanteils wäre das vermeidbar gewesen. Und dies völlig unabhängig von den zu bauenden Windrädern.

10 Jahre ohne eigenen Atomstrom könnte auf eine ersatzweise Kohleverstromung mit einem zusätzlichen Ausstoß von bis zu 600 Mio. Tonnen CO2 hinauslaufen.

Ideologische Sturheit statt „Klimaschutz“

Unter Umständen kann man ja noch verstehen, dass man im dichtbesiedelten Deutschland keine neuen Kernkraftwerke bauen will. Auch wenn es sich dabei um eine Hochsicherheitstechnologie handelt, etwa wie das Fliegen und wie die Hochleistungsmedizin. Aber sicher laufende Atomkraftwerke abzuschalten und dafür Kohlekraftwerke zu betreiben, ist an Torheit kaum zu überbieten. Es ist die Hybris der Irrationalen. Um es mit den Worten des Aufklärers Georg Christoph Lichtenberg auszudrücken:

«In der Dummheit liegt eine Zuversicht, darob man rasend werden möcht‘».

Kann man denn jemand ernst nehmen, der für Klimaschutz wirbt, dann aber aus nicht nachvollziehbaren Gründen bereit ist, Hunderte von Millionen Tonnen CO2 zusätzlich in die Atmosphäre zu pusten? Und im gleichen Atemzug wird das dennoch als Beitrag zur Energiewende und zum Klimaschutz ausgegeben.

Mit der Abschaltung der Atomkraftwerke verhält es sich etwa so, als wolle man vom alkoholfreien Bier auf Mineralwasser umsteigen, und weil das dann nicht verfügbar ist, trinkt man stattdessen Schnaps.

Resümee

War es vernünftig, aus der Kernenergie auszusteigen? War es vernünftig, sicher zu betreibende Atomkraftwerke abzuschalten? – Ja, in einer halbwegs idealen Welt ohne globale Erwärmung wäre es rational gewesen. In einer Welt ohne Kriege und ohne die Notwendigkeit einer sicheren Energieversorgung. In einer solchen Welt leben wir allerdings nicht.

Ist es vernünftig, stattdessen auf Windkraft zu setzen? – Ja, aber nur auf Basis eines durchdachten und funktionierenden Plans unter Einbeziehung von Speichern und Backup-Kraftwerken, konkreter Realisierungsschritte und Zug um Zug.

Damit wir uns nicht missverstehen: Neben der Photovoltaik und den leider weitgehend fehlenden und extrem teuren Speichermöglichkeiten können Windenergieanlagen einen Beitrag zur Energiewende leisten, vorausgesetzt, sie werden dort aufgestellt, wo die Erträge hoch sind und die Beeinträchtigungen für Mensch und Umwelt klein bleiben. Effiziente, am richtigen Ort platzierten Windräder sind also potentiell ein echter Mehrwert. Aber auch um eine im Prinzip gute Sache Lösung umzusetzen, sollte man den Verstand bemühen und nicht den zweiten Schritt vor dem ersten tun.

Um es an einem simplen Beispiel zu persiflieren:

Wenn ich meinen Kühlschrank durch einen neuen ersetzen möchte, dann schmeiß ich den alten nicht weg, bevor der neue geliefert wurde.

Und wenn ich zwei Kühlschränke besitze? Einen ganz alten mit der grottenschlechten Energieeffizienzklasse G und einen relativ neuen der Effizienzklasse A++ mit Eisfach? Dann sortiere ich vernünftigerweise zuerst die alte G-Klasse-Kröte aus. Auch wenn mir am A++-Kühlschrank die Platzverschwendung für das nicht benötigte Eisfach missfällt.

Klimarettung durch Symbolpolitik?

Wenn man der veröffentlichten Meinung folgt, könnte man leicht den Eindruck gewinnen, das CO2-Aufkommen in Europa (insbesondere natürlich in Deutschland) sei zu fast 100 % auf den Verkehrssektor zurückzuführen. Was wäre da verdienstvoller, als Verbrenner baldmöglichst zu verbieten. Wie sonst könnte die Klimarettung möglich sein?

Die Masse des CO2 in Deutschland wird fürs Wohnen emittiert (insbes. Heizen). Tatsächlich entfallen auf PKWs (und damit i. W. auf die „bösen“ Verbrenner) nur ca. 13 % des gesamten CO2-Aufkommens in Deutschland. Wenn wir also den diesbezüglichen CO2-Ausstoß um 10 % reduzieren, dann können wir in Deutschland etwa 1 % – 1,3 % der CO2-Emission einsparen.

Ist das viel oder wenig?

  • Der Verzicht auf 12 g Fleisch pro Tag hat ungefähr den gleichen Effekt.
  • Der gesamte deutsche Tourismus (vor Corona) verursacht mehr als doppelt so viel CO2 wie der Verkehrssektor. Wenn wir also die Anzahl der Urlaubsreisen um 5 % reduzieren, erzielen wir ebenfalls diesen Effekt.
  • Jedes fünfte Braunkohlekraftwerke abschalten und dafür zwei Kernkraftwerke länger betreiben hat wieder ungefähr diesen effektiven Reduktionseffekt von etwa 1 %. Zum Vergleich: Frankreich (Motto: Atomstrom statt Braunkohle) emittiert gar 55 % weniger CO2 als Deutschland.
  • Vier Millionen Elektroautos bringen in etwa auch eine Einsparung von 1 % des deutschen CO2-Aufkommens. Und wenn wir alle mit Elektroautos fahren? Dann können wir in Deutschland die CO2-Emission um etwa 10 % – 12 % verringern. – Jammerschade, es sind leider eben nicht 100 % weniger CO2, wie manche glauben. Das gilt jedenfalls im derzeitigen Energiemix. Es wird immerhin tendenziell besser und kann auf 15 % bis 20 % steigen, wenn mehr Strom erneuerbar erzeugt wird.

Und nun noch die globale Perspektive.

Weltweit 10 % weniger Menschen durch eine effektive Senkung der Geburtenrate hat auf den globalen CO2-Ausstoß langfristig den gleichen Effekt wie die weltweit 10%-ige Verkehrsreduktion (denn das bloße Atmen der knapp 8 Mrd. Menschen verursacht ebenfalls ca. 3 000 000 000 t = 3 Gt CO2 p. a.).

Übrigens, die einmalige Aufforstung von ca. 2 Mio. Quadratkilometer Wald (das sind ca. 1,5 % der Landfläche) würde die gesamte CO2 Emission des globalen Verkehrs dauerhaft vollständig kompensieren. Wohlgemerkt, dauerhaft und vollständig, nicht nur für eine gewisse Zeit und nur 10 % davon.


[1] https://www.linkedin.com/pulse/klimas%C3%BCnder-verkehr-klimakiller-suv-hieronymus-fischer/

[2] https://blog.sumymus.de/individuelle-mobilitaet-und-globale-erwaermung

[3] https://www.sueddeutsche.de/politik/klimawandel-eu-kommission-1.5034855

[4] https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/klima-energie-und-umwelt/eu-kommission-will-klimaziel-fuer-2030-verschaerfen-16942200.html

Gutes Klima – Globale Erwärmung, CO2 und der ganze Rest (1)

Teil 1: Von der Eiszeit in die Heißzeit?

Was ist Klima? Gibt es die globale Erwärmung und den Klimawandel? Steuern wir auf die „Heißzeit“ zu? War es früher kalt und damit besser?

Zu den Inhalten der Teile 2 und 3 siehe Ende des Textes.

Klima und Wetter

Was ist Klima? Klima ist das über einen längeren Zeitraum von mindestens 30 Jahren statistisch gemittelte Wettergeschehen für einen Ort oder ein geographisch definiertes Gebiet. Bezüglich der beobachteten Phänomene sind dabei insbesondere die Mittelwerte aber auch die Schwankungsbreiten von vorrangigem Interesse. Unter anderem sind das z.B. die mittlere Temperatur sowie die typischen Maxima und Minima im jahreszeitlichen Temperaturverlauf. Aber natürlich auch andere Phänomene wie durchschnittliche Niederschlagsmenge, Sonneneinstrahlung und Wolkenbildung, Häufigkeit von Stürmen usw. (s. a. https://de.wikipedia.org/wiki/Klima).

Klima und Wetter sind zwei verschiedene Dinge. Im Grundsatz weiß das jeder. Nichtsdestotrotz wird es aber auch in der medialen Diskussion immer wieder durcheinandergebracht. Erleben wir einen heißen Sommer, so wird das als ein Effekt des Klimawandels gesehen und am Ende kurzerhand damit gleichgesetzt. In Wahrheit ist es aber Wettergeschehen, auch wenn es im Einzelfall perfekt in das Narrativ vom Klimawandel passt. Damit soll nicht gesagt werden, den Klimawandel gebe es nicht. Die Unterscheidung muss man aber dennoch treffen.

Der wichtigste Klimaindikator

In der öffentlichen Diskussion zum Klimawandel steht insbesondere die Durchschnittstemperatur eines Jahres im Fokus: in Deutschland, in Europa, in der Arktis oder gar global. Die globale Durchschnittstemperatur und deren Veränderung im Vergleich zur vorindustriellen Zeit gelten dabei als zentrale Indikatoren für den beobachteten Klimawandel. So wird z.B. im UN-Klimaabkommen von Paris ganz klar das Ziel benannt, die globale Erwärmung auf deutlich unter 2 Grad verglichen mit der vorindustriellen Zeit zu begrenzen. Oft wird das als „2 Grad Ziel“ oder schärfer auch als „1,5 Grad Ziel“ zitiert.

Klärung der Begriffe

Im Sinne einer Klärung der Begriffe sollte man sich dabei durchaus nochmal vor Augen führen, dass es „das Klima“ nicht gibt; auch nicht „den Klimawandel“. Die Begriffe beziehen sich ihrem Wesen nach immer auf ein geographisches Gebiet (oder einen Ort) mit einem im weitesten Sinne einheitlichen oder zumindest vergleichbaren mittleren Wettergeschehen. Es existiert kein globales Klima im strengen Sinne. Gleichwohl kann man die Gesamtheit der unterscheidbaren Klimate rund um den Globus in gewisser Weise als „das globale Klima“ auffassen, obwohl damit der meteorologische Klimabegriff arg strapaziert wird. Veränderungen dieses solchermaßen unscharf definierten „globalen Klimas“ darf man sodann als „globalen Klimawandel“ verstehen. Man sieht, dass man sich damit aufs Glatteis begibt, denn Veränderungen irgendwo auf der Welt gibt es immer.

Einfacher wird’s, wenn man einzelne Aspekte herausgreift, am besten solche, die man – vermeintlich –  relativ leicht messen kann, womit wir wieder bei der globalen Durchschnittstemperatur  gelandet sind. Es ist ein denkbar einfacher Begriff, den jedermann versteht und den man deswegen auch gut transportieren kann. Tatsächlich  ist es indes gar nicht so trivial, die globale Durchschnittstemperatur  verlässlich zu bestimmen.

Was ist relevant?

Im Hinblick auf die einleitenden Bemerkungen muss man sich dabei auch klarmachen, dass die globale Durchschnittstemperatur eines bestimmten Jahres zunächst nur ein Messwert in einer Datenreihe darstellt. Das ist keine unmittelbar klimarelevante Größe. Erst durch die Mittelwertbildung über eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Jahren entsteht ein Vergleichswert für die Beurteilung des Klimas. Deswegen ist eine Aussage wie „2019 war es im Mittel 0,9 Grad wärmer als 1850“ zwar interessant, sie sagt aber für sich genommen noch wenig über eine Klimaveränderung aus.

Wenn aber die Durchschnittstemperatur in größeren Zeiträumen (wie oben also etwa 30 Jahre) höher ist als in entsprechenden klimarelevanten Vergleichszeiträumen, dann müssen wir das ernsthaft als Indiz für eine Klimaveränderung registrieren. Das verlinkte Beispiel (s. Abb. 1, Statista Infografik: In Deutschland wird es immer heißer), gehört indessen eher zur oben genannten Kategorie: interessant, aber nicht relevant; allenfalls ein Indiz.

Abb. 1: Jahresmitteltemperaturen in Deutschland (1960 – 2019). ©Statista

In diesem Zusammenhang soll nun zunächst auf zwei wichtige Punkte eingegangen werden. 1. Gibt es so etwas wie eine globale Durchschnittstemperatur und wie misst man sie? 2. Welches ist der angemessene Vergleichszeitraum für die Bestimmung einer globalen Veränderung des Klimas, konkret also die mittlere globale Erwärmung.

Die globale Durchschnittstemperatur

Die Angabe einer globalen Durchschnittstemperatur wurde schon verschiedentlich kritisiert (populär z. B. vom Magazin Quarks). Es ist in der Tat schwierig, wenn nicht unmöglich, dafür einen seriösen Wert zu bestimmen. Eigentlich bräuchte man ein dichtes Netz von gleichmäßig verteilten Messstellen rund um den Globus. Das gibt es nicht. In den meist dicht besiedelten entwickelten Ländern haben wir sehr viele Wetterstationen. In vielen anderen Weltgegenden wird die jeweilige Temperatur aber nur von sporadisch verteilten Messstellen erfasst oder nur indirekt mittels Satellitenbeobachtung bestimmt (s. Abb. 2 [exemplarisch]). Dadurch entstehen Ungenauigkeiten, die geeignet sind, das Gesamtbild zu verzerren.

Abb. 2: Verteilung von Wetterstationen. Links: Europa, Grönland und Nordafrika. Rechts: Ostasien. Quelle: Wetterdienst.de.

Nun könnte man sagen, gleichviel, ob nun die aktuell in 2019 bestimmte absolute globale Jahresmitteltemperatur bei 14,7, 15,1 oder 15,5 Grad lag. Wichtig ist doch allein die Beobachtung der Veränderung zum Vorjahr bzw. zum Vergleichszeitraum. Das ist nur zum Teil richtig, denn es unterstellt, dass die beobachtete Veränderung an den Messstationen sich in gleicher Weise auch dort manifestiert, wo nicht gemessen wird. Das gilt umso mehr, wenn die heutigen Werte mit weiter zurückliegenden historischen Zeiträumen ohne direkte instrumentenbasierte Temperaturmessung verglichen werden.

Instrumentell bestimmte Temperaturdaten gibt es seit dem 18. Jahrhundert und auch das im Wesentlichen beschränkt auf Europa. Der Vergleich der heute mit hoher Genauigkeit gemessenen Werte mit den meist nur indirekt bestimmten historischen Temperaturen ist daher schwierig und mit bemerkenswerten Unsicherheiten behaftet. Die auf Basis von diversen Modellen bestimmten völlig unterschiedlichen historischen Temperaturverläufe machen dies offenkundig (s. Abb. 4 weiter unten).

Vergleichen … aber womit?

Hier ist das Stichwort Vergleichszeitraum  gefallen. Womit vergleicht man? Welches ist denn überhaupt der vernünftige klimarelevante Vergleichszeitraum. Ist es das Klima um 1850 (also das „mittlere Wetter“ bzw. der Durchschnittswert der globalen Jahresmitteltemperatur zwischen 1820 und 1850, oftmals als „vorindustrieller Vergleichszeitraum“ zitiert? Ja, das ist eine Möglichkeit. So wird es ja auch vom IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) und auf den diversen UN-Klimakonferenzen gemacht. Man kann natürlich auch einen anderen Vergleichszeitraum zugrunde legen. Dieser sollte sinnvollerweise vor dem Beginn des Industriezeitalters liegen, weil man ja den eventuellen anthropogenen Effekt bestimmen möchte.

Die Mitte des 19. Jahrhunderts ist eine zulässige und nicht unvernünftige Wahl, sie ist aber nicht die einzig mögliche. Wenn man weiter zurückblickt, dann sieht man, dass im 19. Jahrhundert die mittleren Temperaturen eher etwas niedriger waren als in etlichen anderen Vergleichszeiträumen. Es gibt daher durchaus gute Gründe dafür, andere historische Zeiträume als Referenz für das „normale“ Klima zu nehmen. Wobei es ein „normales“ Klima im engeren Sinne überhaupt nicht gibt. Dazu später mehr.

Der historische Temperaturverlauf …

Klimaforscher haben mittlerweile ein passables Bild von der Temperaturentwicklung der letzten 1000 bis 2000 Jahre erarbeitet. Noch weiter zurück bis zur letzten Eiszeitperiode, die ca. um 10000 bis 8000 v. Chr. endete, ergibt sich etwa der in Abb. 3 dargestellte Verlauf der mittleren bodennahen Temperaturen auf der Nordhemisphäre.

Abb. 3: Ungefährer Temperaturverlauf von 9000 v. Chr. bis 2000 n. Chr.

… oder „die“ historischen Temperaturverläufe

Aufgrund der oben skizzierten Schwierigkeiten ist die Darstellung mit Unsicherheiten behaftet. Die von verschiedenen Forschern rekonstruierten Temperaturverläufe sind nicht deckungsgleich und widersprechen sich teilweise, wie wir bald sehen werden.

Auf die in Abb. 4 exemplarisch dargestellte Unschärfe wurde schon oben hingewiesen. Es sind die Verläufe der Durchschnittstemperaturen  zwischen den Jahren 700 und 2000 nach verschiedenen Rechenmodellen aufgetragen. Man sieht die relativ großen Abweichungen zwischen den diversen Modellen (s. Legende) und die daraus resultierenden Ungenauigkeiten. Die Streubreite liegt teilweise bei bis zu ±0,5 Grad.

Es fällt auch auf, dass die Temperaturkurven häufig relativ steile Gradienten aufweisen, also schnelle Änderungen der Temperaturen in relativ kurzen Zeiträumen. Ob dies Fakt ist oder auf möglicherweise falsche Modellannahmen zurückzuführen ist, kann nicht entschieden werden. In diesem Sinne ist daher auch Abb. 3 eher als eine Annäherung an die tatsächlichen historischen Bedingungen zu verstehen. Insbesondere dürfen weder der genaue Kurvenverlauf noch die absoluten Abweichungen von der mittleren Temperatur als exakte Werte genommen werden. Es sind aber immerhin plausibel begründete Abschätzungen.

Abb. 4: Ungefährer Temperaturverlauf von 700 bis zum Jahr 2000 n. Chr.

Andere Rechenmodelle kommen teilweise wieder zu völlig unterschiedlichen Verläufen (s. Abb. 5 und 6).

Abb. 5: Modellmäßig rekonstruierte Temperaturverläufe über den Zeitraum 1000 bis 2000 n. Chr.

Abb. 6: Globale Temperaturveränderungen in den letzten 2000 Jahren.

Aktuelle Messdaten vs. Historie

Zwischen den diversen Rechenmodellen gibt es immerhin einige bemerkenswerte Gemeinsamkeiten: (a) Vom Spätmittelalter (1400) bis zum Beginn der Industrialisierung (1850) waren die Durchschnittstemperaturen eher geringer als im langfristigen Mittel; dies kann man allen vier Abbildungen entnehmen („kleine Eiszeit“). (b) Im Hochmittelalter (850 – 1150) und um die Zeitenwende (Zeitalter des Römisches Reichs) lagen die mittleren Temperaturen eher höher als im langfristigen Mittel und in etwa knapp unter dem heutigen Niveau.

Bezüglich des Mittelalters kann man diesen Effekt in zwei der Abbildungen (Abb. 4 und 5) erkennen. Dazu nochmals der Hinweis: Es handelt sich um modellierte Temperaturwerte auf der Basis von indirekt bestimmten Messdaten, i. W. aus der Analyse von Baumringen oder Bohrkernen. Sie sind daher mit höheren Unsicherheiten behaftet. Man darf diese Befunde nicht überinterpretieren. Deswegen werden die Resultate hier nur qualitativ in der Weise verwendet, wie sie sich in der Farbgebung (warm: rot, kalt: blau) von Abb. 3 und der oben vorgenommenen Unterteilung in die Kalt- und Warmphasen (a) und (b) widerspiegeln.

Man sieht, dass der üblicherweise vorgenommene Vergleich der heutigen Durchschnitts­temperaturen mit den Werten um 1850 die derzeit beobachtete globale Erwärmung in gewisser Weise verzerrt und im Ergebnis überhöht darstellt. Damit ist nicht gesagt, dass es diese globale Erwärmung nicht gibt. Es kann ihr aber bei vernünftigem Ermessen in der längerfristigen Betrachtung nicht dieser singuläre und bei manchen Zeitgenossen Alarmismus auslösende Charakter beigemessen werden. Verglichen mit der mittelalterlichen und der römischen Warmzeit liegen wir heute bei aller Unsicherheit nur knapp darüber. Weiter zurück muss man auch die bemerkenswerten längeren Wärmeperioden um 5000 v. Chr. und um 2300 v. Chr. ins Auge fassen (s. Abb. 3).

Rascher Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur

In den Abb. 4, 5 und 6 sticht der instrumentell gemessene Anstieg seit etwa 1900 ins Auge.  Verglichen mit den historischen Kurvenverläufen fällt dabei die schwarze Linie bezüglich ihres steilen Gradienten aus dem Rahmen. Der Verlauf spiegelt das rechte Ende der berühmten Hockeystick-Kurve wider, die in ihrem suggestiv vereinfachten Gesamtverlauf indessen mittlerweile allgemein als nicht länger haltbar erkannt wurde. Der dargestellte Kurvenanteil ab 1850 ist nichtsdestotrotz als unverändert gültig zu betrachten. – Wird damit die globale Erwärmung in hinreichender Weise bereits schlüssig untermauert und ihre Einzigartigkeit belegt?

Ist das der Beweis für den Klimawandel?

Völlig unzweifelhaft belegt dieser gemessene Anstieg – wichtig: gemessen, nicht modelliert – trotz der oben bezüglich der Messmethoden vorgebrachten Kritik die globale Erwärmung in hinreichender Weise. Die Erwärmung an sich (verglichen mit 1850) ist daher eine unbestreitbare Tatsache. Bezüglich der genauen Höhe des globalen Anstiegs bleiben indes Fragezeichen und ernstzunehmende Unsicherheiten. Wie schon oben erwähnt, ist es dabei durchaus fragwürdig, inwiefern die Angabe einer globalen Durchschnittstemperatur überhaupt zielführend ist.

Sicher ist: In den gut untersuchten Regionen zeigen sich überwiegend ähnliche Tendenzen in Richtung eines Anstiegs der mittleren Temperaturen. Die klimatische Veränderung ist also nicht auf einzelne geographische Bereiche (z. B. Europa) beschränkt, wie das in der Vergangenheit öfters der Fall war. – Dies ist ein valides, ein starkes Indiz für den globalen Klimawandel. Indessen kann das derzeit erreichte globale Temperaturniveau im längerfristigen historischen Vergleich erkennbar nicht als Extremabweichung nach oben angesehen werden (dazu mehr weiter unten). Dies ist erst dann der Fall, wenn es zu einem weiteren signifikanten Anstieg kommt.

Nach dem Vorstehenden verbleibt als das wichtigste Indiz für eine menschengemachte globale Erwärmung der durch konkrete Messwerte belegte rapide Anstieg der Durchschnittstemperaturen seit 1850 oder 1900 im Gleichschritt mit der Industrialisierung und der damit einhergegangenen Emission von CO2. Oder ist das doch ein Kurzschluss?

Zumindest muss man auch dies relativieren, weil wir eben über keine weiter zurückliegenden konkreten Messwerte in der erforderlichen hohen zeitlichen Dichte und Qualität und damit valide Vergleichskurven für gleiche geographische Gebiete verfügen. Wir können daher nicht ausschließen, dass z.B. 850 n. Chr., 200 v. Chr. oder 2900 v. Chr. in den relevanten Gebieten der Temperaturanstieg in Richtung der darauffolgenden Wärmeperioden ähnlich schnell verlaufen ist.

Das ist keine Haarspalterei! Darauf hinzuweisen ist vielmehr ein Gebot der kritischen Vernunft. Der Sache nach wird durch den beobachteten Temperaturanstieg im näherungsweisen Gleichklang mit der CO2-Emission seit 1850/1900 zunächst eben nur eine Korrelation nachgewiesen, keine Kausalität. Wobei Letzteres hier nicht ausgeschlossen werden soll, weil es auch dafür gute Gründe gibt. Mehr dazu in Teil 2.

Belegen die Schäden durch extreme Wetterereignisse den Klimawandel?

Natürlich gibt es neben dem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur noch weitere Indikatoren für den Klimawandel. Zuvorderst zu nennen sind hier die immer höheren Schäden durch extreme Wetterphänomene. – Definitiv, die Schadensummen aufgrund von extremen Wetterereignissen (Stürme, Hurrikane, Trockenheit, Niederschläge und Überschwemmungen) sind in den letzten Jahrzehnten stark angewachsen. Doch ist dies wirklich auf eine entsprechende Zunahme solcher Extremereignisse zurückzuführen?

Die Wetterstatistik lässt daran zweifeln. Der Grund dafür liegt eher im enormen Anstieg der Besiedelungsdichte aufgrund des extremen Wachstums der Weltbevölkerung in den letzten Jahrhunderten (s. Abb. 7). Im Zuge des damit einher gegangenen zivilisatorischen Aufbaus wurden enorme Werte geschaffen, deren fallweiser Verlust nun gleichfalls auch die potentiellen Schäden in die Höhe schnellen lässt.

Abb. 7: Wachstum der Weltbevölkerung von 10000 v.Chr. bis zum Jahr 2100 (geschätzt).

Um ein drastisches Beispiel dafür zu nennen: Durch den Hurrikan Katrina kamen im Jahr 2005 in New Orleans (damals knapp 500.000 Einwohner) und im Südosten der USA mehr als 1800 Menschen ums Leben. Die Schadensumme wird auf über 100 Milliarden Dollar geschätzt. Noch 100 Jahre zuvor hatte New Orleans nur halb so viel Einwohner. Wie hoch wären die Zahl der Opfer und die Schadenshöhe durch einen Hurrikan ähnlicher Stärke wie Katrina wohl gewesen? – Die Vermutung liegt nahe, dass es ungefähr die Hälfte der Toten und eine halb so hohe Schadensumme gewesen wären (auf Kaufwertbasis). Vor 200 Jahren hatte New Orleans gar nur etwa 10.000 Einwohner. Die gleiche Frage nach der Zahl der Opfer und der Schadenshöhe: Vielleicht 30, 50 oder 60 Tote und allenfalls ein Schaden in sehr niedriger einstelliger Milliardenhöhe (ebenfalls auf Kaufwertbasis gerechnet). Das kann man fortsetzen bis zu wahrscheinlich null Toten und verschwindendem Schaden 10.000 v. Chr. – Wohlgemerkt, ein Extrembeispiel!

Das vorstehende Exempel belegt: Solche Vergleiche und Statistiken müssen in den größeren Kontext gestellt werden und zeigen für sich genommen keine objektive Wahrheit. Das gilt generell: Fakten werden zu Botschaften erst durch den Kontext. Deswegen sind im Zweifel auch vermeintlich wahre Klimafakten wertlos, wenn sie aus dem Zusammenhang gerissen werden und am Ende nur als Vehikel für die Kommunikation einer vorgefassten Meinung dienen.

Immer dasselbe Klima?

In der öffentlichen Diskussion wird vielfach der Eindruck erweckt, es gebe so etwas wie ein Normklima, von dem wir gegenwärtig nach oben abzuweichen beginnen. Wie wir bisher in Auszügen gesehen haben, ist das so natürlich nicht richtig. Klimawandel ist erdgeschichtlich nicht die Ausnahme, sondern die Regel. Blicken wir dazu auf Abb. 8 mit der Darstellung des Temperaturverlaufs über die letzten 500 Millionen Jahre. Man muss dabei beachten, dass die Zeitskala logarithmisch aufgetragen ist. Die beiden Felder im rechten Teil des Diagramms erstrecken sich daher nur über den (für die Menschheit enorm wichtigen) Zeitraum der letzten 1 Million Jahre. Sie würden bei linearer Skalierung also nur 0,2 % der Diagrammbreite einnehmen, kaum mehr als Strichstärke. Wie man der Darstellung unschwer entnehmen kann, lagen die durchschnittlichen Temperaturen in den letzten 500 Mio. Jahren nahezu immer – mindestens über 90% des Zeitraums – signifikant über dem heutigen Niveau.

Bemerkenswert ist der Temperaturverlauf im Pleistozän mit Temperaturen deutlich unter den heutigen Vergleichswerten. Die langen Kaltphasen wurden mehrfach und jeweils mit steilen Anstiegen von kurzen Warmzeitphasen (über maximal einige 1000 Jahre) unterbrochen. Über den Zeitraum der letzten 1 Million Jahre war es auf der Erde daher fast immer kälter als heute. Besonders markant ist die letzte große Kaltzeit am Ende des Pleistozäns. Übrigens: Nüchtern betrachtet und frei von aller Romantik sind Gletscher lediglich Relikte aus der letzten großen Eiszeit. Und auch wenn es herzlos klingt: Eisbären werden aussterben, wenn sie sich nicht an die veränderten klimatischen Bedingungen anpassen können. Genauso, wie zahllose andere Arten von der Erde verschwunden sind, weil es im Eozän und Pliozän deutlich kälter geworden war.

Das Klima soll so bleiben, wie es jetzt ist!

All diese Klimaveränderungen fanden ohne jede Einflussnahme durch Menschen statt. Selbstredend beweist dies nicht, dass die heute beobachtete globale Erwärmung in gleicher Weise ausschließlich natürliche Ursachen hat. Es belegt aber, dass es natürliche Einflussfaktoren gibt, die zu massiven Klimaveränderungen führen können. In der Gesamtschau ist die Menschheit vor allem Profiteur der globalen Erwärmung zu Beginn des Holozäns. Umgekehrt gilt daher auch: Vermutlich mindestens genauso dramatisch wie eine Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur um 2 Grad wäre ein Absinken um den gleichen Betrag. Wir haben ein Interesse daran, dass die klimatischen Bedingungen ungefähr so bleiben, wie wir sie im Zuge des Aufbaus der Zivilisation vorgefunden haben. Dafür gibt es aber – völlig unabhängig von unserem Tun und Lassen  – letztlich keine Garantie.

Abb. 8: Temperaturverlauf über die letzten 500 Millionen Jahre

Hätte es nach dem Beginn der letzten großen Kaltzeit vor 100.000 Jahren keinen Klimawandel mehr gegeben, würde die Erde heute nicht von 7,7 Mrd. Menschen bevölkert sein, allenfalls wären es einige wenige Millionen. Sehr wahrscheinlich würde sich die kulturelle Entwicklung nicht in der beschleunigten Weise abgespielt haben. Die meisten von uns würden gar nicht existieren.

Mögen wir’s nicht lieber etwas wärmer?

Tatsächlich waren das Ende der Kaltzeit (9500 v. Chr.:  Beginn der Jungsteinzeit, Ackerbau) und die namhaften Warmzeiten des Holozän (ab ca. 6000 v. Chr.­­ für fast 2000 Jahre,  ab 3000 v. Chr. für fast 1500 Jahre) jeweils Zeiten kulturellen Fortschritts und Bevölkerungswachstums (Sesshaftigkeit, Ackerbau und Viehzucht, erste Städte, Metallverarbeitung) und insofern Glücksfälle für die Menschheit. Die Römer konnten in der neu eroberten Provinz Britannien im 2. Jahrhundert nach Christus Wein anbauen. Aufgrund der später dann kälteren klimatischen Bedingungen war das nach der Römerzeit ab dem 5. Jahrhundert n. Chr. nicht mehr möglich. Heute wieder kann man daran denken, im Süden Englands Weingärten anzulegen.

Gegenwärtig haben wir also im historischen Vergleich ziemlich günstige klimatische Bedingungen. Ein angenehmes Temperaturniveau, um das uns Generationen unserer Ahnen beneidet haben würden. Für Untergangsszenarien ist es jedenfalls noch zu früh. Einstweilen dürfen wir uns auf den nächsten richtigen Sommer freuen.

Panik ist ein ganz schlechter Ratgeber, verkauft sich aber gut. Wie z.B. diese Meldung in der Zeit zeigt: 50.000 Fehltage wegen Hitze. Eine Nachricht, die wunderbar ins Klima-Narrativ passt. Wirklich? Oder zeigen sich hier bei den Redakteuren erste Beeinträchtigungen der Urteilsfähigkeit aufgrund des heißen Sommerwetters im Juli 2019?

Die genannten 50.000 Fehltage muss man in Bezug setzen zu den insgesamt 500 Mio. Fehltagen p.a. in der deutschen Wirtschaft. Es sind genau 0,01%. Dem stehen immerhin 50 Mio. Fehltage aufgrund von Kälte, Glätte und Nebel im Winter entgegen. Man sieht, es ist eher noch zu kalt. Dazu passt auch die nachfolgende Statistik (s. Abb. 9) , die vom Urheber mit der bemerkenswerten Überschrift „Im Winter wird mehr gestorben“ versehen wurde .

Abb. 9: Sterbefälle in Deutschland nach Monaten. © Statista / Statistisches Bundesamt.

Allen Unkenrufen von Panikmachern zum Trotz , scheinen die „heißen“ Sommermonate für die Menschen im Jahreszyklus offenbar eher zu den weniger „gefährlichen“ Zeiten zu gehören. Kein Wunder, sonnig und warm empfinden die meisten als angenehm. Wer mag es schon dunkel und kalt?

Unser größtes Problem

Nun soll aber der obige Befund nicht einseitig mit der rosa Brille betrachtet werden. Selbstverständlich würde ein signifikanter Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um 2 Grad und mehr angesichts einer Weltbevölkerung von bald 10 Milliarden Menschen (s. Abb. 7, oben) dramatische Auswirkungen haben. Daran kann es keinen Zweifel geben. Im Hinblick auf den benötigten Ressourcenbedarf (Energie, Ernährung, Flächenbedarf) und die daraus resultierende Belastung der Umwelt (Müll, Schadstoffe, Abholzung), liegt darin das eigentliche Problem. Es ist die schiere Größe der Weltbevölkerung und ihr immer noch anhaltendes rasantes Wachstum. Zumal zu befürchten ist, dass diese Progression die Biosphäre weiter aus dem Gleichgewicht bringen und in der Folge auch Auswirkungen auf das Klima nach sich ziehen wird. Wer Umwelt und Klima wirklich und wirksam schützen will, muss vor allem und möglichst schnell das weitere Bevölkerungswachstum stoppen.

Nichtsdestotrotz ist es fraglich, inwieweit wir es wirklich in der Hand haben, eine weitere globale Erwärmung zu verhindern. Das wird nur dann gehen, wenn der beobachtete Klimawandel tatsächlich fast ausschließlich oder zumindest überwiegend anthropogene Ursachen hat (z.B. die Emission von CO2) und wir die richtigen Maßnahmen ergreifen, diese Emissionen schnell zurückzufahren. Diese beiden Themenkreise werden in Teil 2 und 3 behandelt.

Teil 2:
Klimakiller CO2?

Ausblick: Ist die CO2-Emission die Ursache für die globale Erwärmung? Gibt es schlüssige Modelle? Was kann man beweisen, was nicht? Gibt es mögliche andere Erklärungen? Was ist plausibel?

Teil 3:
Rationaler Klimaschutz statt Panikmache

Ausblick: Unterstellt, die Emission von CO2 ist der Hauptfaktor der globalen Erwärmung, welches sind dann die geeigneten  Maßnahmen zur effektiven Reduzierung der CO2-Emission? Was müssen wir tun? Was ist effizient, was ist nur Aktionismus? – Um einen Aspekt herauszunehmen: Der moralisierende Sündenkult ist jedenfalls nicht Teil der Lösung.


Bildverzeichnis und -nachweise

Abb. Beschreibung und Referenz
1 Jahresmitteltemperaturen in Deutschland (1960 – 2019). ©Statista
https://de.statista.com/infografik/20501/jaehrliche-durchschnittstemperatur-in-deutschland/
2 Verteilung von Wetterstationen. Links: Europa, Grönland und Nordafrika. Rechts: Ostasien.
Quelle: Wetterdienst.de
3 Ungefährer Temperaturverlauf von 9000 v. Chr. bis 2000 n. Chr. (Bodennahe Mitteltemperaturen in der Nordhemisphäre, nach Dansgaard et. al. 1969 und Schönwiese 1995).
Von http://www.klimanotizen.de/html/temperaturen.html, mit erläuternden Zusatzinformationen angereichert.
Originalquelle: GFZPotsdam (Deutsches GeoForschungsZentrum)
4 Ungefährer Temperaturverlauf von 700 n. Chr. bis zum Jahr 2000. Rekonstruierte Temperaturänderungen auf der Nordhalbkugel der letzten 1300 Jahre nach Proxydaten (Baumringe, Eisbohrkerne, Sedimente, Korallen u.a.) sowie instrumentelle Temperaturkurven seit dem 18. Jahrhundert.
https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Klima_der_letzten_1000_Jahre
5 Modellmäßig rekonstruierte Temperaturverläufe über den Zeitraum 1000 bis 2000 n. Chr.
(https://de.wikipedia.org/wiki/Hockeyschl%C3%A4ger-Diagramm#/media/Datei:1000_Jahr_Temperaturen-Vergleich.png) wurde von Robert A. Rohde mit Hilfe öffentlich zugänglicher Daten vorbereitet und ist in das Projekt Global Warming Art eingebaut.
Die Übersetzung stammt von User: Langexp. – http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/recons.html, CC BY-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1169988
6 Globale Temperaturveränderungen in den letzten 2000 Jahren.
Von DeWikiMan, based upong fig. 1a) of Pages2K (2019), doi:10.1038/s41561-019-0400-0 – CC BY-SA 4.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=82403624
7 Wachstum der Weltbevölkerung von 10000 v.Chr. bis zum Jahr 2100 (geschätzt).
Öffentlich zugängliche Quellen (Wikipedia)
8 Temperaturverlauf über die letzten 500 Millionen Jahre.
Von User:Glen Fergus, User:hg6996 – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:All_palaeotemps.png, CC BY-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=34611466
https://de.wikipedia.org/wiki/Klimageschichte#/media/Datei:All_palaeotemps_G2.svg
9 Sterbefälle in Deutschland nach Monaten.
© Statista / Statistisches Bundesamt
https://de.statista.com/infografik/20561/sterbefaelle-in-deutschland/

Quellenauszug

# Referenz
1 https://de.wikipedia.org/wiki/Klima
2 https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cbereinkommen_von_Paris
3 https://de.wikipedia.org/wiki/Zwei-Grad-Ziel
4 https://de.wikipedia.org/wiki/Sonderbericht_1,5_%C2%B0C_globale_Erw%C3%A4rmung
5 https://de.wikipedia.org/wiki/Intergovernmental_Panel_on_Climate_Change
6 https://de.wikipedia.org/wiki/Klimageschichte
7 https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1694/umfrage/entwicklung-der-weltbevoelkerungszahl/
8 https://www.klimafakten.de/behauptungen/behauptung-es-gibt-noch-keinen-wissenschaftlichen-konsens-zum-klimawandel
9 https://www.wetterdienst.de/Deutschlandwetter/Wetterstationen/Karte/
10 https://de.wikipedia.org/wiki/Hockeyschl%C3%A4ger-Diagramm
11 https://www.quarks.de/umwelt/klimawandel/warum-die-angabe-einer-globalen-durchschnittstemperatur-unsinnig-ist/
12 https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Klima_der_letzten_1000_Jahre
13 https://www.welt.de/geschichte/article149773123/Erderwaermung-bescherte-Roemischem-Reich-fette-Jahre.html
14 http://www.klimanotizen.de/html/temperaturen.html
15 https://www.uni-muenster.de/FNZ-Online/wirtschaft/grundstrukturen/unterpunkte/bevoelkerung.htm
16 https://www.archaeologie-online.de/nachrichten/das-klima-der-letzten-2000-jahre-2250/
17 https://www.uni-giessen.de/ueber-uns/pressestelle/pm/pm156-12
18 https://www.zamg.ac.at/cms/de/klima/informationsportal-klimawandel/standpunkt/klimavergangenheit/palaeoklima/2.000-jahre
19 https://scilogs.spektrum.de/klimalounge/palaeoklima-die-letzten-2000-jahre-hockeyschlaeger/
20 https://lv-twk.oekosys.tu-berlin.de/project/lv-twk/002-holozaen-2000jahre.htm
21 https://www.klimafakten.de/behauptungen/behauptung-im-mittelalter-war-es-waermer-als-heute
22 https://de.wikipedia.org/wiki/Klimageschichte#/media/Datei:All_palaeotemps_G2.svg
23 https://www.eike-klima-energie.eu/2012/10/27/noch-eine-studie-zeigt-hoehere-temperaturen-vor-1000-und-sogar-2000-jahren/
24 https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1694/umfrage/entwicklung-der-weltbevoelkerungszahl
25https://www.zeit.de/wirtschaft/2019-07/wetter-hitze-sonnenlicht-folgen-krankheiten-hitzewelle-europa
26 https://www.klimafakten.de/behauptungen/behauptung-es-gibt-noch-keinen-wissenschaftlichen-konsens-zum-klimawandel
27 https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1694/umfrage/entwicklung-der-weltbevoelkerungszahl/
28 https://www.science-at-home.de/wiki/index.php/Bev%C3%B6lkerungsentwicklung_seit_10.000_v._Chr.
29 https://de.statista.com/infografik/20561/sterbefaelle-in-deutschland/

„Klimaskeptiker“ ist das Unwort des Jahres 2019

Das Unwort des Jahres 2019 lautet „Klimaskeptiker“ – das gab nach Angaben von Statista die Sprachkritische Aktion am 14. Januar bekannt. Mit dem Begriff würden kollektiv pathologisierte Bejaher und tiefgläubige Anhänger des menschengemachten Klimawandels (sogenannte „Klimahysteriker“) gezielt die rational begründeten Einwände von kritisch denkenden Mitbürgern diskreditieren, indem sie deren differenzierte Haltung als glaubenslosen, heidnischen und freigeistig vernunftorientierten Frevel stigmatisierten, teilte die Organisation in einer aktuellen Pressemitteilung mit. Der Ausdruck „Klimaskeptiker“ sei in 2019 vor allem von Politikern der Grünen verwendet worden.

Vorsicht! Zu diesem Post ist eine Fake-Version der Sprach-, Gedanken- und Religionspolizei im Umlauf (s. Sprachkritische Aktion). Dort wird behauptet, das Unwort des Jahres sei „Klimahysterie“. Das ist natürlich völliger Quatsch, denn Hysterie ist eine Form der Neurose, was wörtlich genommen etwa Nervenkrankheit bedeutet.

Niemand wird ernstlich behaupten, Klimaschützer, z. B. die Fridays-for-Future (FFF) Demonstranten oder Politiker der Grünen, seien nervenkrank. Das sind sie natürlich nicht. Im Übrigen würde das ja ihr infantil leichtgläubiges Verhalten entschuldigen. So billig sollen sie aber nicht davon kommen. Gewiss, viele von ihnen sind einfach nur naiv und laufen denkfaul den Propheten einer vermeintlich wissenschaftlich abgesicherten Botschaft hinterher. Das ist die große Masse der Gutgläubigen. Dahinter aber steht das nüchterne Kalkül von Dogmatikern. Jenen geht es nicht um kritische Vernunft, sondern um die mit religiösem Eifer betriebene Überhöhung von halbfundiertem Halbwissen zur unumstößlichen Wahrheit. Das Dogma vom menschengemachten Klimawandel duldet keinen Widerspruch.

Die rechtgläubigen Anhänger der Lehre zeigen mit dem Finger auf die Ungläubigen und nennen sie Klimaskeptiker oder gar Klimaleugner. Sie hören die moralinsauren Parolen ihrer Anführer und fordern die sofortige Umsetzung der schärfsten Maßnahmen zum Klimaschutz. – Nein, nicht bezogen auf sich selbst. Natürlich sollen die anderen etwas tun: der Verkehr, die Industrie, die Energiewirtschaft, der Staat, ganz allgemein: die Kapitalisten. Nächste Woche fahren wir in den Skiurlaub, in den Pfingstferien fliegen wir nach Mallorca und im Sommer geht’s dann ganz weit weg. Dazwischen demonstrieren wir fürs Klima. Weil’s für eine gute Sache ist und wir Haltung zeigen wollen.

Klimasünder Verkehr – Klimakiller SUV?

In den Medien wird man spätestens seit der Beschleunigung in der Klimadiskussion immer wieder mit der Behauptung konfrontiert, insbesondere der Verkehrssektor trage zur hohen CO2-Emission Deutschlands bei. Nicht selten wird als einer der Hauptgründe dafür genannt, es sei die hohe Anzahl der SUVs – von manchen auch als „Stadtgeländewagen“ bezeichnet –  dafür verantwortlich. Ist das wirklich zutreffend? Ist der Verkehrssektor tatsächlich der Hauptklimasünder? Tragen SUVs wirklich so prominent zu unserem CO2-Ausstoß bei? Sind sie tatsächlich das große Problem und geradezu Klimakiller? Und was genau unterscheidet ein SUV von einem „normalen“ Auto?

Die Bedeutung des Verkehrssektors für die CO2-Emission.

Entscheidend ist zunächst einmal die gesamte CO2-Emission in Deutschland. Sie belief sich 2017 auf ca. 907 Mio. Tonnen. Absolut gesehen ist das nicht wenig, auch wenn es nicht einmal 2% des weltweiten CO2-Ausstoßes sind. Wie der Blick nach Frankreich zeigt, könnte der Wert aber deutlich geringer ausfallen.

Jährliche-Treibhausgase-in-Deutschland-seit-1990-nach-Treibhausgasen
Jährliche Treibhausgase in Deutschland seit 1990 nach Treibhausgasen

Frankreich emittiert nur etwa  400 Mio. Tonnen CO2, also 55% weniger als Deutschland. Vergleich man die Wirtschaftsleistung und die Einwohnerzahl, dann könnte Deutschland mittels eines ähnlich intensiven Atomkraftausbaus wie Frankreich mit einer Kohlendioxid-Emission von ungefähr 550 Mio. Tonnen auskommen. Das wären 350 Mio. t weniger als heute. Diese Menge entspricht der Summe der gesamten jährlichen CO2-Emission durch Transport und Verkehr von halb Europa (z.B. die Länder Deutschland, Östereich, Schweiz, Tschechien, Slowakei, Niederlande, Belgien, Norwegen, Schweden, Dänemark, Finnland, Portugal und Griechenland). Tatsache ist aber, dass wir, anders als Frankreich, noch zu einem erheblichen Teil auf Kohlekraft angewiesen sind. Dies gilt insbesondere für die Grundlast, denn Solarstrom und Windkraft sind nicht grundlastfähig und können daher Kohle- oder Atomstrom nur bedingt ersetzen.

Unabhängig davon, wie man zur Kernkraft steht, war die Entscheidung, aus der Atomstromproduktion auszusteigen ein klimapolitischer Super-GAU. Nun müssen wir die Folgen dieser Fehlentscheidung ausbaden – und dafür zahlen. Im aktuellen Klimapaket wird das schon deutlich und in Ansätzen sichtbar. Der Fokus liegt dabei auf dem Verkehrssektor, als könne die CO2-Gesamtemission durch ein Umsteuern in der Mobilitätspolitik wesentlich beeinflusst werden. Das ist ein Trugschluss. Es ist allenfalls ein kleiner Baustein (s. a. Individuelle Mobilität und globale Erwärmung).

Jährliche Treibhausgas-Emissionen in Deutschland nach Sektoren
Jährliche Treibhausgas-Emissionen in Deutschland nach Sektoren

Zunächst einmal muss man nüchtern erkennen, dass das CO2-Aufkommen in Deutschland nur zu einem Bruchteil von weniger als 20% überhaupt vom Verkehr abhängt. Die Gesamtemission an CO2 betrug 2017 ca. 907 Mio. Tonnen. Davon gehen auf den Verkehrssektor etwa 164 Mio. Tonnen. Das ist ein Anteil von 18%. Die Energiewirtschaft, das verarbeitende Gewerbe, die Industrie und die Beheizung von Wohnungen bringen es zusammen auf 657 Mio. t CO2 (2016) entsprechend  72% der deutschen Gesamtemission. Man muss dabei auch noch berücksichtigen, dass im oben angegebenen Wert für den Verkehrssektor die Emissionen des Transports (Güterverkehr, Lieferverkehr) mit enthalten sind – und die können vom Autofahrer kaum beeinflusst werden.

Man entnimmt dieser Gegenüberstellung schon von den Größenverhältnissen her, dass der Verkehrssektor allein kaum für die fragwürdige Auszeichnung als Hauptklimasünder in Frage kommt, wie dies von Klimaagitatoren gerne in den Raum gestellt wird. 

Dies wird gestützt durch einen zweiten Blickwinkel: Der deutsche Tourismus verursacht nach Berechnungen der University of Sydney 329  Millionen Tonnen CO2-Äquivalente, also doppelt so viel wie der inländische Verkehrssektor in Deutschland. Basis für diese Schätzung sind umfassende Daten zum Tourismus in 189 Ländern, unter anderem von der Weltorganisation für Tourismus (UNWTO). Hier geht es also um den CO2-Fußabdruck, den der Tourismus von Deutschen global hinterlässt. Darin sind also nicht nur die eigentlichen Reisen per Auto, Flugzeug, Schiff oder Bahn enthalten, sondern auch die Aktivitäten der Urlauber, Ihre Verpflegung und die Übernachtung im In-und Ausland. Es ist eine globale, nicht eine auf Deutschland fokussierte Betrachtung und spiegelt insofern eine andere Sichtweise wider. Teilweise gehen da natürlich auch Emissionen aus dem Autoverkehr im Inland mit ein.

Stark wachsender Güterverkehr, mehr CO2.

Immerhin 5% der inländischen CO2-Emission gehen auf den Transport von Gütern zurück. Angesichts der deutlich um 30% reduzierten spezifischen Emissionen pro Tonnenkilometer bezogen auf 1995 ist dies verwunderlich. Der Grund dafür: Der Verkehrsaufwand der Lkw ist zwischen 1995 und 2017 von 279,7 Mio. Tonnenkilometer auf 475,7 Mio. Tonnenkilometer gestiegen – ein Plus von 70%. Bei den Kohlendioxid-Emissionen wurde daher der markante technische Fortschritt in der Motoreneffizienz durch die Mehrkilometer wieder aufgezehrt und sogar überkompensiert. Deswegen erhöhten sich die absoluten Kohlendioxid-Emissionen im Straßengüterverkehr zwischen 1995 und 2017 von 34,2 auf 41,0 Millionen Tonnen. Das ist ein relativer Anstieg um 20%.

Spezifische Emissionen LKW
Spezifische Emissionen LKW

Nicht zuletzt darauf sind die gestiegenen CO2-Emissionen im Verkehr zurückzuführen. Letztlich ist dieser Aufwuchs im Warenverkehr ein Ergebnis der intensiven wirtschaftlichen Verflechtung innerhalb der EU: Das ist politisch gewollt. Hier zeigt sich eben die Kehrseite der Medaille. Wenn das EU-Parlament nun den „Klimanotstand“ ausruft, dann sollten die Parlamentarier einmal in sich gehen und sich fragen, was sie selber zur gegenwärtigen Situation beigetragen haben. Der einzelne EU-Bürger kann diesen Aspekt jedenfalls kaum beeinflussen.

Der Autoverkehr taugt nicht als Sündenbock.

Auf PKWs entfallen gut 120 Mio. Tonnen der Kohlendioxid-Emissionen. Im Ergebnis sind das 13% des gesamten CO2-Aufkommens in Deutschland.  Wie bei den LKWs kann man auch hier konstatieren, dass moderne Autos Umwelt und Klima weniger belasten als in der Vergangenheit. Die spezifischen Emissionen von CO2 sind dabei seit 1995 um 15% gesunken. Wohlgemerkt, nicht die Testwerte, sondern die tatsächlichen Emissionen. Ebenfalls erwähnenswert: Die spezifischen Emissionen von Stickoxiden und von Feinstaub konnten im selben Zeitraum um 55% bzw. um 79% reduziert werden.

Gleichzeitig hat aber auch der PKW-Verkehr stark zugenommen, was den Fortschritt in der Technik zum Teil leider wieder aufgezehrt hat (2017 in Bezug auf 1990, mit einem zwischenzeitlichen Maximum um 1999). Besonders eklatant ist dies bei Dieselfahrzeugen zu sehen: Die erbrachte Fahrleistung ist seit 1995 um 322% gestiegen. Immerhin sind die gesamten Stickstoffoxid-Emissionen aus Pkw von 1995 bis 2017 um 48% gesunken. Sogar stärker noch die Feinstaub-Emissionen, die, trotz des höheren Verkehrsaufkommens um nahezu 76% zurückgegangen sind.

Spezifische Emissionen PKW
Spezifische Emissionen PKW

Kurzes  Resümee dazu.

  1. Die CO2-Emissionen aus dem PKW-Verkehr tragen nur zu etwa 13% zur Kohlendioxidbelastung in Deutschland bei. Dieser Wert ist aufgrund der höheren Mobilität im Vergleichszeitraum seit 1990  zwar nicht signifikant gesunken, es ist aber mitnichten so, dass der Verkehrssektor bzw. speziell der Autoverkehr als Klimasünder apostrophiert werden kann.
  2. Die CO2-Emissionen aus dem LKW-Verkehr sind um 20% gestiegen, vor allem wegen des dramatisch angewachsenen Warenverkehrs. Hier sollte die Politik endlich die Hausaufgaben machen und die nötigen Infrastrukturmaßnahmen ergreifen, die es erlauben, größere Anteile des Ferngütertransports auf die Schiene zu verlagern – was politisch seit 30 Jahren versprochen wird aber noch nicht einmal ansatzweise umgesetzt wurde.

Was eigentlich sind SUVs?

Kommen wir nun zu den vielgeschmähten SUVs. Wie verhält es sich mit ihrem Beitrag zur CO2-Emission? Zunächst einmal die Frage, was ist überhaupt ein SUV? Na ja, intuitiv scheint das jeder zu wissen: hoch, breit, die Sicht versperrend, stark motorisiert, in der Stadt Parkplätze blockierend und immer im Wege stehend. „Stadtgeländewagen“ werden sie von manchen genannt. Fahrzeuge also, die technisch fürs Gelände entwickelt wurden, aber nur in der Stadt bewegt werden und dort deplatziert wirken, um noch das harmloseste Attribut zu nehmen. Wie man den Medien entnehmen kann, sind mittlerweile 30% aller Neuzulassungen solche „Monster“. In 2019 waren das bereits mehr als eine Million Fahrzeuge. So jedenfalls die Statistik des Kraftfahrtbundesamts (KBA).

Zur Klassifizierung von SUVs erklärt KBA-Pressesprecher Stephan Immen gegenüber auto motor und sport: „Als SUV bezeichnen wir Fahrzeuge mit Offroad-Charakter. Das bedeutet, sie lehnen sich in ihrer Form an Geländewagen an, sind etwas höhergelegt und verfügen über einen höheren Einstieg. Verbindliche Größen zur Definition gibt es nicht, das Segment “SUV„ dient uns aber auch nur zur statistischen Betrachtung.“

Was hier als SUV gezählt wird, sind in den meisten Fällen harmlose, eher der Bequemlichkeit dienende und völlig durchschnittlich motorisierte „Hochlimousinen“. In Wahrheit keine SUVs, also Sports-Utility-Vehicles, sondern lediglich UVs: praktische und bequeme Autos für jedermann.

Schauen wir uns Beispiele an: In der Statistik des KBA werden z.B. die folgenden Autos unter der Fahrzeugklasse „SUV“ subsumiert:

  Leergewicht in kg Länge
in m
Höhe
in m
Verbrauch in l/100 km Bemerkung
Fiat Sedici 1400 4,11 1,62 4,9 Diesel (135 PS)
Citroen Cactus 1040 4,16 1,49 3,4 Diesel (99 PS)
Suzuki Vitara 1150 4,17 1,60 5,3Super (112 PS)
Suzuki Vitara D 1300 4,17 1,60 4,2 Diesel (120 PS), Allrad
Opel Mokka 1200 4,28 1,65 4,3 Diesel (136 PS)
BMW X1 1600 4,45 1,60 4,1 Diesel (150 PS)

Die Liste solcher vergleichsweise unauffälliger PKWs ließe sich noch lange fortsetzen. Die Abmessungen, Gewichte und Verbrauchswerte (und damit auch die CO2-Emissionen) dieser SUVs liegen im üblichen Rahmen dessen, was auch andere Kompaktfahrzeuge  (VW Golf, Opel Astra, Ford Focus, Renault Megane) oder die ebenfalls weit verbreiteten Mittelklassefahrzeuge (3er BMW, Mercedes C-Klasse, Audi A4, VW Passat, Opel Insignia, Ford Mondeo) aufweisen – bis auf die Fahrzeughöhe natürlich.

Was in diesem Zusammenhang ebenfalls beachtet werden sollte: Der Anstieg bei den Neuzulassungen von SUVs geht einher mit einem Rückgang bei den Mini-Vans (-23% im Vergleich 2018 gegenüber 2017) und Großraum-Vans (-15% im Vergleich 2018 gegenüber 2017). Teilweise ersetzen also SUVs die etwas aus der Mode gekommenen Vans. Schon aufgrund von Größe und Gewicht vermutet man zu Recht, dass letztere mit Sicherheit nicht umweltfreundlicher waren als die heutigen SUVs.

Abgrenzung SUVs und Geländewagen.

Das KBA ist also unscharf, was die Klassifikation von SUVs angeht. Immerhin werden in der Statistik aber SUVs und Geländewagen klar  voneinander getrennt. Geländewagen, das sind die richtig dicken Brummer: Audi Q7, BMW X5, Mercedes ML, Porsche Cayenne und andere. Viele mit Gewichten um 2 Tonnen und mehr.  – Bloß, die wirklich umweltschädlichen starken Motorisierungen kann sich kaum jemand leisten. Keines der genannten Modelle kommt über 10.000 Neuzulassungen im Jahr hinaus. Einen prominenten Ausreißer gibt es: Der VW Tiguan schafft es auf 75.000 Neuzulassungen (2018). Allerdings taugt der, trotz seiner 1,65 m Höhe, auch nicht wirklich als Klimakiller: Gewicht 1500 kg, 4,48 m lang, 1,65 m hoch, Allrad, Verbrauch 5,8 l/100 km (133 g CO2 pro km, als Benziner) – das ist in etwa der aktuelle Verbrauchsschnitt aller Fahrzeuge.

VW Tiguan
VW Tiguan – wird in der Statistik des KBA nicht als SUV, sondern als Geländeawagen geführt

Richtigerweise muss man also SUVs und Geländewagen in der Berichterstattung voneinander trennen, wie das vom KBA auch gemacht wird. In der Öffentlichkeit kommt die Unterscheidung aber nicht wirklich an. Seien wir ehrlich, diese Differenzierung überfordert offenbar die Kommunikation. Z.B. stellt Porsche gar keinen SUV her: die üblicherweise  solchermaßen bezeichneten Modelle (Cayenne, Macan) laufen in der Statistik des KBA als Geländewagen, werden aber in der öffentlichen Wahrnehmung als SUVs gesehen.

Das negative Image von SUVs wird von Modellen geprägt, die nach Lesart des KBA gar keine SUVs sind. In den Medien kommt  dieser Unterschied ebenfalls kaum an. Schlagzeilen wie „Immer mehr SUVs“ oder „Bereits 1 Million Neuzulassungen von SUVs in 2019“ müssen niemand beunruhigen, weil  damit zum größten Teil relativ harmlose Fahrzeuge mit vernünftigen Verbrauchswerten erfasst werden. Das Augenmerk muss eher auf den Geländewagen liegen, die indes, wie oben schon erwähnt, zahlenmäßig deutlich weniger zu Buche schlagen.

Wie hoch ist der Beitrag von Geländewagen zur CO2-Bilanz?

Alle Geländewagen zusammen kommen großzügig gerechnet auf etwa 300.000 Fahrzeuge p. a., nicht auf eine Million, wie die Meldungen in den Medien suggerieren. Die wenigsten davon sind echte Dreckschleudern, dafür fehlt ihnen einfach die motorische Power. Darunter sind Fahrzeuge wie der VW Tiguan (s.o.) oder der Volvo XC40 mit Verbrauchswerten im Durchschnitt des Fahrzeugbestands, aber auch welche wie der Hummer H2 mit 23 l / 100 km (zum Glück nur mit einem Gesamtbestand von 1431 Fahrzeugen per Ende 2018).

Tun wir mal so, als seien diese 300.000 Fahrzeuge sämtlich hochmotorisiert und würden im Schnitt 50% mehr CO2 emittieren (200 g/km), als dies bei Wahl eines „normalen“ Autos (133 g/km) möglich wäre. Unterstellen wir ferner eine Fahrleistung von 15.000 km p.a. Dann haben wir dadurch also einen um 0,3 Mio. Tonnen höheren CO2-Ausstoß. Das war‘s denn eigentlich schon an negativer Auswirkung  auf das Klima, denn die anderen ca. 1 Mio. der sogenannten SUVs sind in Wahrheit ganz normale PKWs, tragen also nicht erwähnenswert zu einer zusätzlichen Verschlechterung der CO2-Emission bei.

Tatsächlich erhöhen die echten „Stadtgeländewagen“ den verkehrsbedingen Anteil an den CO2-Emissionen gerade einmal um etwas mehr als 0,03%. Das ist in der Gesamtschau also der Unterschied zwischen „Alle fahren sozialverträgliche normale Autos“ und „Einige fahren richtig dicke SUVs“ (genaugenommen Geländewagen).

Der Mythos vom Klimakiller SUV.

Nun ja, mag man einwenden, 300.000 Tonnen CO2, das ist doch eine ganze Menge. Zweifellos! Es rechtfertigt aber in keiner Weise, mit dem Finger auf SUV- oder Geländewagen-Besitzer zu zeigen. Das ist ein völlig irrationaler Empörungsimpuls. Wie wahr dies ist, mag man an den folgenden Beispielen erkennen: 

  1. Schon 0,3 g Fleisch pro Person und Tag sind mit der gleichen Menge CO2 von 300.000 t pro Jahr belastet. Das entspricht einer kleinen Fleischportion von 110 g pro Person und Jahr. Wenn also alle 80 Mio. Einwohner Deutschlands einmal im Jahr auf eine Essensportion mit zwei Frikadellen verzichten, ist damit der CO2-Effekt der SUVs bereits kompensiert.
  2. Die im Schnitt pro Auto und Tag zurückgelegte Strecke beträgt ca. 40 km. Bei einem durchschnittlichen CO2-Ausstoß von 133 g pro km entspricht dies einer Menge von 240.000 Tonnen CO2. Damit sind wir bereits wieder in der Größenordnung des SUV-Effekts. Was heißt das? Sofern alle PKWs an einem Tag im Jahr in der Garage bleiben ODER wahlweise an 365 Tagen im Jahr einfach um 140 m weniger bewegt werden, dann ist damit die Mehrbelastung durch SUVs bereits ausgeglichen.

Angesichts dessen erscheint das Attribut „Klimakiller“ schon reichlich übertrieben. Bei Lichte betrachtet, ist das Ganze noch nicht einmal eine Meldung wert.

Natürlich soll es hier nicht darum gehen, die Mehremission durch SUVs, so gering sie auch seien, durch entsprechendes Verhalten aller anderen zu kompensieren. Die beiden Beispiele sollen nur zeigen, dass die Empörung über SUVs bzw. Geländewagen nicht rational begründbar ist. Mit der gleichen Verve könnte man alle an den Pranger stellen und ihnen zurufen: „Verzichtet auf 0,3 g Fleisch pro Tag“ oder „Legt an jedem Tag 140 m weniger mit dem Auto zurück“. – Es wird damit offenkundig, wie grotesk der mediale Krawall gegen SUVs bzw. Geländewagen tatsächlich ist. Nun ja, wir leben in Zeiten der irrationalen Empörung über nahezu alles.

Blick auf den gesamten Fahrzeugbestand und Resümee.

Das war die Betrachtung bezogen auf die Neuzulassungen eines Jahres. Um ein ganzheitliches Bild zu bekommen, müssen wir uns den Gesamtbestand anschauen, auch wenn es dabei eigentlich nur um den Blick in die Vergangenheit geht. Unter den 40 meistverbreiteten PKWs sind wie viele SUVs? – Genau eines, der Nissan Qashqai auf Platz 38. Das zeigt schon, dass wohl doch viel weniger SUVs gefahren werden, als man gemeinhin denkt. Tatsächlich liegt ihr Anteil derzeit bei 6,7% aller Fahrzeuge. Wobei hier wieder alles Mögliche als SUV gezählt wird (s. o.).

Richten wir daher den Blick wieder auf die Geländewagen, genauer, auf die „bösen Stadtgeländewagen“. Ihr Anteil im Bestand liegt bei 5% bzw. 2,4 Mio. Fahrzeugen. Unterstellen wir, dass diese Fahrzeuge mit ordentlich Power ausgestattet und mit einem deutlich erhöhten CO2-Ausstoß (+ 50%) unterwegs sind. Insgesamt tragen diese Fahrzeuge sodann zu einer CO2-Mehrbelastung von ca. 2,4 Mio. t bei. Das ist jetzt schon eine andere Hausnummer. Oder doch nicht? – Die CO2-Gesamtemission wird dadurch um gut 0,26% erhöht. Das ist zweifellos unnötig und wäre bei einem Verzicht auf diese vermeintlichen „Monster“ vermeidbar. Es ändert aber nichts daran, dass 2,5 g Fleisch pro Person und Tag in etwa den gleichen Effekt haben. Oder einen Kilometer zu Fuß gehen statt Autofahren für alle.

Übrigens, die ca. 4,5 Mio. Mallorca-Urlauber aus Deutschland belasten durch ihre Flugreise nach Palma und zurück die CO2-Bilanz um mehr als 3 Mio. Tonnen pro Jahr entsprechend 0,35% der CO2-Gesamtemission. Das ist bereits mehr als der ganze Effekt der “bösen Geländewagen“. Die SUVs in der Definition des KBA fallen hier gänzlich unter den Tisch, weil ihr Einfluss kaum merklich ist.

Schlussbemerkung.

Der Autor fährt keinen Stadtgeländewagen, noch nicht einmal ein SUV. Er ärgert sich gelegentlich ebenfalls über die Existenz dieser Fahrzeuge, sieht aber unter rationalen Gesichtspunkten keinen Grund, gegen SUVs etc. Stimmung zu machen. Wer dies tut, sollte nicht versäumen, mit der gleichen Verve gegen Menschen zu polemisieren, die einmal im Jahr ein Steak essen oder nach Mallorca fliegen, mit dem Auto eine Urlaubsreise machen, ihre Wohnung auf 22 Grad heizen, jeden Tag warm duschen, einen 55 Zoll Flachbildfernseher besitzen, regelmäßig im Internet surfen oder sich jedes Jahr neue Klamotten kaufen.

Anmerkung: Die Zahlen stammen teilweise aus 2016, 2017, 2018 oder 2019, je nachdem, was als neueste Zahl verfügbar war. Durch die Bezugnahme auf Zahlen aus unterschiedlichen Jahren (z.B. CO2-Emission, Zulassungszahlen, Bestandszahlen) entstehen kleinere systematische Fehler, die indes in der Gesamtschau vernachlässigbar sind. Die Fehler wirken sich allenfalls an der zweiten oder dritten Stelle hinterm Komma aus. Unabhängig davon muss man sehen, dass auch die CO2-Erhebung an sich fehlerbehaftet ist (Mittlere Abweichung aus unterschiedlichen Erhebungen: 0,7% bis 2,7% [6 – 24 Mio. Tonnen CO2], s. Link Berichterstattung unter der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen und dem Kyoto-Protokoll 2019, Abschnitt 3.2.1, S. 147 ff.).

Quellenauszug:

  1. https://www.auto-motor-und-sport.de/neuheiten/segment-suv-definition-diskussion-gelaendewagen/
  2. https://www.tagesschau.de/wirtschaft/suv-millionen-marke-101.html
  3. https://www.tagesschau.de/multimedia/video/video-632301.html
  4. https://www.tagesschau.de/wirtschaft/autos-suv-105.html
  5. https://www.quarks.de/technik/mobilitaet/darum-sollten-wir-ueber-suv-diskutieren-statt-ueber-diesel/
  6. https://www.swr.de/home/So-verbreitet-sind-SUVs-Ranking-der-beliebtesten-Automodelle,beliebteste-automodellreihen-deutschland-100.html
  7. https://www.n-tv.de/wirtschaft/SUV-Zulassungen-erreichen-Rekordhoch-article21102967.html
  8. https://www.autozeitung.de/zulassungsstatistik-140455.html
  9. https://www.auto-motor-und-sport.de/verkehr/suv-neuzulassungen-deutschland-oktober-2019-daten-zahlen/
  10. https://www.swr.de/swraktuell/Klimafreundliche-Mobilitaet-Pro-und-Contra-Extra-Kfz-Steuer-fuer-SUVs,suv-steuer-pro-contra-100.html
  11. https://www.tagesspiegel.de/gesellschaft/immer-mehr-suv-neuzulassungen-das-autokaufverhalten-ist-in-einer-albernen-trotzphase/25324442.html
  12. https://www.umweltbundesamt.de/daten/verkehr/emissionen-des-verkehrs#textpart-3
  13. https://www.stern.de/reise/fernreisen/klimakiller-tourismus–reisen-ist-noch-viel-schaedlicher-als-angenommen-7973902.html
  14. https://www.kba.de/DE/Statistik/Fahrzeuge/Neuzulassungen/Segmente/2018/2018_segmente_node.html
  15. https://www.kba.de/DE/Statistik/Fahrzeuge/Bestand/Segmente/segmente_node.html
  16. https://de.statista.com/statistik/daten/studie/153249/umfrage/gelaendewagen-neuzulassungen-in-deutschland-nach-modellreihen/