Wärmepumpen als Schlüssel der Energiewende 

Mit der Sektorenkopplung lassen sich Strom, Verkehr, Industrie und Wärme miteinander verknüpfen.

Das Konzept der Sektorkopplung basiert auf der Idee, erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind optimal zu nutzen und deren Schwankungen auszugleichen. Anstatt die erzeugte elektrische Energie nur für den Stromsektor zu verwenden, oder Windräder und PV zeitweise sogar vom Netz zu nehmen, können Überschüsse für die Wärme- und Kälteversorgung, den Verkehr oder für Industrieprozesse genutzt werden. Dafür braucht es Wärmepumpen – aber warum?  

Nicht nur bei der Stromerzeugung, auch in den Bereichen Wärme, Kälte (Gebäude, Gewerbe, Industrie) und Verkehr müssen wir fossile Energieträger langfristig durch erneuerbare Energien ersetzen. Andernfalls werden die international vereinbarten Klimaziele sehr wahrscheinlich nicht (mehr) erreicht. Ein noch kaum genutzter Hebel dafür ist die Sektorkopplung, weil sie bislang ungenutzte Energieressourcen zugänglich macht. Das spart tonnenweise CO₂-Emissionen in mobilen und stationären Sektoren ein und trägt direkt zur Dekarbonisierung und Klimaneutralität bei.  

Stationäre Anwendungen im Blick 

Mittels Sektorkopplung, thermischen Speichern und einem intelligenten Lastmanagement kann die stationäre Wärmeerzeugung für den Gebäudebereich, das Gewerbe und Teile der Industrie schneller auf erneuerbare Energien umgestellt werden. Sie erfolgt in der Endstufe nicht mehr mit fossilen Brennstoffen, sondern mit regenerativem Strom, der bereits knapp 50 % des deutschen Strombedarfs ausmacht. Zur Ökostrombilanz hinzu kommen außerdem Biomasse, Solarthermie, oder die Nutzung von Abwärme. Langfristig außerdem synthetischer Kraftstoffe und Wasserstoff. Auch Kälte für Klimatechnik und Kühlung wird für den stationären Gebrauch durch Sektorkopplung nicht mehr nur bedarfsorientiert, sondern zunehmend systemdienlich bevorratet. Also immer dann, wenn CO₂-freier Strom für Kompressionskälte, oder Abwärme für Sorptionsprozesse verfügbar ist. 

Power-to-X 

Künftig werden die erneuerbaren Energien bei der Stromerzeugung und Bevorratung eine immer wichtigere Rolle spielen. Und immer häufiger taucht in diesem Kontext die Technologiebezeichnung Power-to-X oder PtX-Technolgien auf. Damit gemeint sind die folgenden Umwandlungsprozesse: 

• Power-to-Heat (Gespeicherte Wärmeenergie mit Wärmepumpen) 

• Power-to-Cold (Gespeicherte Kälteenergie mit reversiblen Wärmepumpen oder Kälteanlagen) 

• Power-to-Gas (Gespeicherte Antriebsenergie in gasförmiger Form) 

• Power-to-Liquid (Gespeicherte Antriebsenergie in flüssiger Form) 

Diese PtX-Technologien sind Möglichkeiten, erneuerbare Energien besser zu nutzen und deren Schwankungen im Stromnetz über Energiespeicherung auszugleichen. Wenn viel Wind- oder Solarstrom erzeugt wird, der nicht sofort verbraucht werden kann, gehen die Anlagen trotzdem nicht vom Netz. Diese Ökoenergie wird beispielsweise direkt für die Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse genutzt. Der Wasserstoff kann dann entweder als Brennstoff im Gebäudesektor, in der Industrie und im Verkehrssektor verwendet, oder durch weitere chemische Prozesse in synthetische Kraftstoffe wie Methanol oder Diesel umgewandelt werden – Power-to-Gas und Power-to-Liquid also.  

 Ein weiteres Bindeglied bei der Kopplung von Sektoren ist die elektrische Wärmepumpe und wird mit Power-to-Heat bezeichnet. Sie nutzt den überschüssigen Ökostrom dazu, vorhandene Niedertemperaturwärme aus Wasser, der Erde oder Luft in nutzbare Wärmeenergie umzuwandeln. Auf welchem Temperarturniveau diese Wärme oder auch Kälte (Power-to-Cold) gespeichert werden, hängt von ihrer Verwendung ab. Für die Speicherung stehen thermische Speicher mit Wasser, PCM-, Binäreis- bzw. FloIce als Speichermedien zu Verfügung. So wird für viele stationäre Anwendungen CO₂-frei erzeugte Energie tageszeit- und witterungsunabhängig in Bereitschaft gehalten. Ein zusätzlicher Nutzen ist übrigens auch die Einsparung von Stromkosten – vorausgesetzt die Wärmepumpe ist mit einem digitalen Stromzähler und der Leipziger Strombörse intelligent vernetzt (siehe Infokasten).  

Dazu mit Abwärme koppeln 

Zum Ökostrom hinzu kann auch mit Abwärme und Wärmerückgewinnung über Sektoren hinweg gekoppelt werden – je nach Herkunft sogar das ganze Jahr über. Sie dient dann Verbrauchsstellen wie Gebäuden, Wohngebieten, Gewächshäusern, Freizeitbädern oder sogar ganzen Quartieren. Entweder ist das Temperaturniveau direkt passend, oder wird mit Hilfe einer elektrischen bzw. Sorptionswärmepumpe angehoben, die tatsächlich mit Wärme als Antriebsenergie arbeitet. Abwärme einzukoppeln gelingt dann am besten, wenn schon in der Erschließungs- bzw. Planungsphase von Bürokomplexen, Zweckbauten, Liegenschaften, Gewerbe-/Industrie-/Wohngebieten, oder Quartieren daran gedacht wird.  

Die Rolle des Handwerks 

Das Handwerk spielt eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung von Sektorkopplung. Denn aufgrund ihres Fachwissens und ihrer Praxis sind die vielen unterschiedlichen Betriebe entscheidend an der Installation, dem Betrieb und der Wartung bzw. des Service von aller PtX-Technologien beteiligt. 

• Installation von Anlagen: Das Handwerk ist das richtige Gewerk für die Installation von Technologien wie Wärmepumpen, Solaranlagen, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge und anderen energieeffizienten Systemen. Handwerksbetriebe, wie beispielsweise Heizungsinstallateure, Elektrotechniker und Kälteanlagenbauer, bringen ihr Fachwissen und ihre Erfahrung ein, um diese Anlagen fachgerecht zu installieren, in Betrieb zu nehmen und an das jeweilige Gebäude, System und an das Nutzerverhalten anzupassen. 

• Wartung und Instandhaltung: Das Handwerk übernimmt auch die regelmäßige Wartung und Instandhaltung von Anlagen im Zusammenhang mit Sektorkopplung. Eine ordnungsgemäße Wartung ist entscheidend, um die Effizienz und Leistungsfähigkeit der Technologien aufrechtzuerhalten. Handwerksbetriebe sorgen dafür, dass die Anlagen optimal funktionieren und tragen so zur langfristigen Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit des Energiesystems bei. 

• Beratung und Planung: Das Handwerk sollte darüber hinaus auch Beratungs- und Planungsleistungen anbieten, um Kunden bei der Umsetzung von Maßnahmen im Rahmen der Sektorkopplung zu unterstützen. Handwerksbetriebe können Kunden über die verschiedenen Optionen informieren, technische Lösungen empfehlen und bei der Planung und Dimensionierung von Anlagen helfen. Sie können auch energetische Sanierungskonzepte erstellen und Energieeffizienzmaßnahmen identifizieren, um die Sektorkopplung zu fördern. 

• Qualifizierung und Ausbildung: Das Handwerk spielt eine wesentliche Rolle bei der Qualifizierung von Fachkräften für die Sektorkopplung. Handwerksorganisationen bieten Ausbildungen, Schulungen und Zertifizierungen an, um sicherzustellen, dass Handwerker über das notwendige Wissen und die erforderlichen Fähigkeiten verfügen, um die Technologien im Rahmen der Sektorkopplung zu installieren und zu warten. Dies trägt zur Qualitätssicherung und Professionalisierung des Handwerks bei. 

Gute Aussichten 

Das Handwerk ist ein wichtiger Akteur bei der Umsetzung der Sektorkopplung. Durch die enge Zusammenarbeit zwischen dem Handwerk, der Industrie, der Politik und anderen relevanten Stakeholdern kann die Sektorkopplung effektiv vorangetrieben und die Transformation zu einer nachhaltigen Energiezukunft unterstützt werden. PtX-Technologien sind dabei entscheidend für die Kopplung von Sektoren, weil sie erneuerbare Energien bedarfsunabhängig in Bereiche wie Mobilität, Wärme und industrielle Prozesse integrieren. Sie können dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und die Dekarbonisierung voranzutreiben. Darüber hinaus ermöglichen PtX-Technologien die Speicherung von überschüssiger erneuerbarer Energie über längere Zeiträume, was zur Stabilisierung der Stromnetze beitragen kann. Mit Hilfe von Wärmepumpen werden Strom, Wärme und Kälte sinnvoll verbunden und erneuerbare Energien maximal nutzbar gemacht. Dennoch gibt es Herausforderungen zu lösen, wie beispielsweise die Entwicklung entsprechender Infrastrukturen, die Anpassung von regulatorischen Rahmenbedingungen und die Sicherstellung einer stabilen Energieversorgung. Sind diese aber gelöst, wird die Sektorkopplung auf breiter Ebene ein, wenn nicht das wichtigste Mittel der Energie- und Wärmewende werden.