Mit Wärme gegen die Erderwärmung

 Für die Wärmegewinnung kommen in der Schweiz verschiedene Technologien zum Einsatz. Anstelle der Verbrennung von fossilen Rohstoffen werden zwei nachhaltige Alternativen immer beliebter: Einerseits die Fernwärme, welche die in einem Kraftwerk oder einer Kehrrichtverbrennungsanlage erzeugte Wärme in Haushalte und Gewerbezentren einspeist. Andererseits Wärmepumpen, welche direkt in den Gebäuden installiert werden und die Wärme aus dem Erdinneren oder der Umgebungsluft gewinnen.

Die Wärme aus der Ferne

Die Idee der Fernwärme ist, Wärmeüberschuss aus grossen Energie- und Verbrennungsanlagen für Heizungen und die Warmwasserproduktion zu nutzen. Fernwärme wird daher in einer zentralen Anlage erzeugt und anschliessend in Form von heissem Wasser via isolierten Rohrleitungsnetze den Kunden zugeleitet.
Die Fernwärme bringt viele Vorteile mit sich, da sie platzsparend und bequem ist und da der Kunde sich nicht um die Lagerung und Beschaffung von Brennstoffen kümmern muss. Ausserdem ist sie nachhaltig, da hauptsächlich erneuerbare Energieträger wie Biomasse und Abwärme verwendet werden. Zudem ist die Versorgungssicherheit hoch, da Fernwärmesysteme mit verschiedenen Energien betrieben werden können. Trotzdem liegt der Anteil der Fernwärme an der schweizerischen Wärmeversorgung bei nur rund 8%. Das Potenzial wird jedoch auf etwa 40% geschätzt. Durch einen solchen Ausbau und den damit hergehenden Verzicht auf fossile Brennstoffe liessen sich die CO2 -Emissionen jährlich um rund 3 Millionen Tonnen reduzieren. Die Fernwärme könnte daher einen bedeutenden Beitrag zur Erreichung der Klimaziele beisteuern.

Kaltes wird kälter und Warmes wird wärmer

Nebst der Fernwärme kommen in der Schweiz immer verbreiteter Wärmepumpen zum Einsatz. Deren Aufgabe ist es, etwas Kaltes – beispielsweise einen kalten Luftstrom – noch weiter abzukühlen. Dabei wird Energie frei, welche genutzt werden kann, um Wasser zu erwärmen. Gemäss den Gesetzen der Thermodynamik funktioniert dies nur, wenn zusätzliche Energie aufgewendet wird, meist in Form von elektrischem Strom. Damit also eine möglichst signifikante Reduktion der Emissionen resultiert, sollte auch dieser Strom aus erneuerbaren Energiequellen stammen.
In der Schweiz haben sich bisher zwei Formen von Wärmepumpen etabliert:

Luft/Wasser-Wärmepumpe: Die Luft/Wasser-Wärmepumpen können der Umgebungsluft – mittels des Einsatzes von Fremdenergie - Wärmeenergie entziehen und direkt an ein Heizungssystem abgeben. Dabei wird an der Hausaussenseite ein Ventilator installiert, welcher die Luft aktiv ansaugt und an einen Verdampfer weiterleitet. In diesem zirkuliert ein Kältemittel, das selbst bei einer Temperatur von -20 Grad Celsius verdampft. Durch einen elektrisch betriebenen Verdichter wird der Druck des Dampfes erhöht, wodurch die Temperatur ansteigt. Ist das gewünschte Temperaturniveau erreicht, wird der Dampf wieder verflüssigt und überträgt dabei die Wärme auf das Heizsystem.

Geothermie-Wärmepumpe: Der Erdboden strahlt täglich etwa viermal mehr Energie in den Weltraum ab, als wir Menschen derzeit verbrauchen. Die Geothermie-Wärmepumpe ermöglicht es, diese Wärme – welche durch den Zerfall von Radioisotopen oder den Wärmeaustausch mit dem tieferen Erdinneren entsteht - zu verwenden.
In Mitteleuropa liegt die Erdtemperatur in einer Tiefe von 10 – 20 Metern konstant bei 12 Grad Celsius. Mit jedem Kilometer weiter ins Erdinnere nimmt die Temperatur um rund 30 Grad Celsius zu: Je tiefer gebohrt wird, desto mehr Energie kann genutzt werden. Es wird daher zwischen einer tiefen und einer oberflächennahen Geothermie unterschieden.
Die oberflächennahe Geothermie nutzt Bohrungen bis zu 400 Meter in die Tiefe. Die dort herrschenden 25 Grad Celsius können bereits für das Beheizen und Kühlen von Gebäuden und technischen Anlagen verwendet werden. Dabei wird die Wärme via einer Wärmeträgerflüssigkeit - beispielsweise Wasser - aufgenommen und durch eine Wärmepumpe auf das gewünschte Temperaturniveau gebracht. Diese Technologie wird in der Schweiz bereits rege genutzt: Fast 15% der Heizanlagen sind mit solchen Erdwärmepumpen ausgestattet.
Bei der tiefen Geothermie kann zwischen hydrothermalen und petrothermalen Systemen unterschieden werden. Bei der petrothermalen Geothermie wird kaltes Wasser in den Untergrund gepumpt und durch das heisse Tiefengestein erwärmt. Hydrothermale Systeme hingegen nutzen bereits vorhandenes Thermalwasser aus bestehenden Aquiferen. Dabei wird warmes Wasser an die Oberfläche gepumpt, die Wärme entzogen und das abgekühlte Wasser anschliessend wieder in den Untergrund zurückgeleitet.
Da das Potenzial der Erdwärme nach menschlichem Ermessen unerschöpflich ist, zählt die Geothermie zu den erneuerbaren Energiequellen. Ausserdem ist sie landschaftsschonend und kohlendioxidarm sowie unabhängig von Wetter und Rohstoffen aus dem Ausland. Sie ist jedoch anfällig für geologische Störungen und Erdbewegungen. Da in der Schweiz die Struktur des Untergrunds kaum punktuell erforscht und kartografiert ist, sind die tiefen Geothermalanlagen bisher noch selten.

Die Nutzung von Geothermie und Fernwärme hat grosses Potenzial und wird für das Erreichen der Klimaziele immer wichtiger werden. Auch die Verbindung von Abwärme und Wärmepumpen gewinnt an Beliebtheit: Bereits heute werden verschiedene neue Projekte getestet, wie beispielsweise am Bahnhof Lancy-Bachet in Genf. Dort wurden unter den Schienen und in den Tunnelwänden Polyethylenrohre installiert, welche die Abwärme der Züge und deren Bremsreibung verwenden, um via Wärmepumpen die umliegenden Büros und Wohnungen zu heizen oder zu kühlen.

Quellen und weitere Informationen:
Verband Fernwärme Schweiz: Fernwärme in der Schweiz
BFE: Fernwärme
BFE: Geothermie
WWF: Faktenblatt Geothermie