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Rechtliches
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Redaktion:
Dipl.-Ing. Ingram Täschner
Fachgebietsleiter Biogas und Erdgasanwendung
E-Mail: ingram.taeschner@bdew.de
Website: www.bdew.de
Realisierung:
Jan Feldkircher
Telefon: (07 11) 252 747 0
E-Mail: jan.feldkircher@stilweise.de
Stand: Januar 2020
Energie aus nachwachsenden
Rohstoffen: Biogas und Bio-Erdgas
Biogas ist ein Naturprodukt. Es entsteht bei der (anaeroben) Vergärung von Biomasse – unter Ausschluss von Sauerstoff und Licht. Es ist ein erneuerbarer Energieträger, der – auf Erdgasqualität aufbereitet – in die vorhandene Gasinfrastruktur eingespeist und gespeichert werden kann. Sämtliches bei der Erzeugung und späteren Verwendung anfallendes Kohlenstoffdioxid (CO2) stammt aus den eingesetzten organischen Rohstoffen, welche das Kohlenstoffdioxid – in der Regel über die Fotosynthese – aus der Atmosphäre entnommen und gebunden haben. Daher erfolgt Biogaserzeugung und -verwendung CO2-neutral.
1Biogasquellen: Nachwachsende Rohstoffe, organische Abfall- und Reststoffe
Schritt für Schritt
Als organisches Ausgangsmaterial für Biogas dienen unter anderem nachhaltig und gewässerverträglich angebaute Energiepflanzen, tierische Exkremente (Gülle, Mist) sowie kommunale und industrielle Abfall- und Reststoffe.
In Deutschland werden derzeit ca. 8% der landwirtschaftlich genutzten Fläche für Energiepflanzen zur Biogas-Erzeugung genutzt. Das sind rund 1,4 Mio. Hektar. Neben Mais werden insbesondere Stroh, Weizen, Gräser und Durchwachsene Silphie als nachwachsende Rohstoffe zur Biogaserzeugung genutzt.
2Dosierungseinheit
Schritt für Schritt
Mit einem Radlader wird die Biomasse in den Annahmebunker der Biogasanlage gefüllt. In dessen Boden befindet sich eine Dosierungseinheit, um die Silage sauber zu trennen und weiterzuleiten. Sofern auch industrielle Abfälle als "Inputstoff" verwendet werden, müssen diese vor der Verwendung durch Erhitzung von Keimen befreit werden. Dieser Prozess wird als "Hygienisierung" bezeichnet. Bei den Abfällen erfolgt die Befüllung der Biogasanlage in einer Halle, um Geruchsemissionen zu vermeiden.
3Biogasanlage: Licht aus, Luft anhalten, Vergärung starten
Schritt für Schritt
Nachwachsende Rohstoffe zur Biogaserzeugung sind insbesondere Raps, Mais, Stroh, Weizen, Gras und Durchwachsene Silphie. Bei organischen Abfällen handelt es sich vor allem um Reststoffe aus der (Lebensmittel-) Industrie (z. B. Brauereirückstände oder Apfeltrester) und Agrarwirtschaft (z. B. Gülle) sowie kommunale Bioabfälle, beispielsweise aus der Biotonne oder Speiseresten.
4Fermenter
Schritt für Schritt
Der Fermenter bildet das Herzstück der Biogasanlage: Hier finden die Abbauprozesse der organischen Substanzen statt, bei denen Biogas entsteht. Hier werden die Substrate durch eine Vielzahl von Mikroorganismen in einem mehrstufigen Prozess umgewandelt. Dabei werden u.a. durch sogenannte Archaebakterien die Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette der Substrate aufgespalten und in Zwischenprodukte wie Essigsäure, Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid umgesetzt. Durch die Methanogenese entsteht im Anschluss hauptsächlich durch die Reaktion von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid Methan. Das Ergebnis dieses Prozesses sind Rohbiogas und Gärrückstände.
5Blockheizkraftwerk (BHKW)
Schritt für Schritt
Das im Fermenter und Nachgährer entstandene (Roh-) Biogas ist ein brennbares Gasgemisch mit einem Methangehalt (CH4) zwischen 42 und 75 Prozent. Weitere Hauptbestandteile sind Kohlenstoffdioxid (CO2), Schwefelverbindungen und Wasser. Der Großteil der Biogasanlagen nutzt das erzeugte Biogas direkt vor Ort (ca. 90% der Anlagen). Das heißt das Biogas wird direkt am Entstehungsort mittels Kraft-Wärme-Kopplungsprozess KWK) in einem Blockheizkraftwerk zu Strom und Wärme umgewandelt.
6Sauberer Strom, der sich bezahlt macht
Schritt für Schritt
Der erzeugte Strom wird in der Regel in das öffentliche Stromnetz eingespeist und gemäß EEG vergütet. Die Wärme kann vor Ort genutzt, in ein Nahwärmenetz eingespeist oder wiederum für die Beheizung der Biogasanlage eingesetzt werden.
7Bio-Erdgas-Aufbereitungsanlage
Schritt für Schritt
Biomethan, auch Bio-Erdgas genannt, ist aufbereitetes Biogas, welches nach der Aufbereitung die gleichen chemischen und brenntechnischen Eigenschaften wie Erdgas im öffentlichen Gasnetz besitzt und daher als Ersatz für Erdgas in das öffentliche Gasnetz eingespeist werden kann. Im Jahr 2018 waren insgesamt 213 Aufbereitungs- und Einspeiseanlagen in Deutschland in Betrieb. Sie speisten 10 TWh Biomethan ins Erdgasnetz ein.
8Einspeisanlage
Schritt für Schritt
Das aufbereitete Biogas ist in seinen chemischen und brenntechnischen Eigenschaften sowie mit seinem Energiegehalt mit Erdgas gleichzusetzen und erfüllt somit die Anforderungen, die an Erdgas im allgemeinen Netz gelten. Daher wird aufbereitetes und in das Gasnetz eingespeistes Biogas auch als Bio-Erdgas oder Biomethan bezeichnet. Für die Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz ist eine Einspeiseanlage nötig, die u.a. den Druck des Gases regelt und die die brenntechnischen Eigenschaften des Biomethans überwacht. Biomethan kann grundsätzlich genauso verwendet werden wie Erdgas. Dies schließt die Strom- und Wärmerzeugung, die Verwendung als Kraftstoff und auch die stoffliche Nutzung in Industrieprozessen ein. Biomethan ist ein nahezu CO2-neutraler erneuerbarer Energieträger.
9Feuerlöschteich und Gasfackel
Schritt für Schritt
Zu den Sicherheitseinrichtungen von Biogasanlagen gehören die Fackeln, welche im Störungsfall Biogas verbrennen, so dass Methanemissionen vermieden werden. Zudem sind in vielen Biogasanlagen Löschteiche vorhanden.
10Biogas und Landwirtschaft
Schritt für Schritt
Bei der Biogas-Produktion handelt es sich um einen nachhaltigen Kreislaufprozess, der die Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion nur geringfügig beeinflusst: In Deutschland dienen insgesamt 46,8 % der Fläche der Landwirtschaft. 7,6 % davon – also 3,6 % der Gesamtfläche – werden für den Anbau von Energiepflanzen zur Erzeugung von Biogas und Bio-Erdgas genutzt.
Der nachhaltige Anbau nachwachsender Rohstoffe zur Biogaserzeugung trägt durch verschiedene Pflanzen und Fruchtfolgen zur Biodiversität und zur Humusbildung der landwirtschaftlichen Flächen bei. Er erhöht die Vielfalt im Landschaftsbild, verhindert bei Einhaltung der guten landwirtschaftlichen Praxis die Bodenerosion und erhöht die regionale Wertschöpfung, wodurch im ländlichen Raum Arbeitsplätze geschaffen werden.
Übersicht
Power-to-Gas: Stromüberschüsse im Erdgasnetz speichern und transportieren
Regenerativer Strom aus Wind oder Sonne kann derzeit noch nicht bedarfsgerecht produziert und saisonal gespeichert werden. Mittels Elektrolyse lässt sich dieser Strom in Wasserstoff und optional in einem weiteren Schritt in Methan umwandeln. Dadurch wird er regel- und speicherbar.
Regenerativer Strom aus Wind oder Sonne kann derzeit noch nicht bedarfsgerecht produziert und saisonal gespeichert werden. Mittels Elektrolyse lässt sich dieser Strom in Wasserstoff und optional in einem weiteren Schritt in Methan umwandeln. Dadurch wird er regel- und speicherbar.
Power-to-Gas
Power-to-Gas: Stromüberschüsse im Erdgasnetz speichern und transportieren
Erneuerbare Stromerzeugung
Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne erfolgt nicht konstant, sondern unterliegt natürlichen Schwankungen. Mit dem zunehmenden Ausbau der Erneuerbaren Energien steigt die Notwendigkeit, die Differenzen zwischen Angebot und Nachfrage zu kompensieren. Power-to-Gas stellt dafür in Zukunft eine Option dar.
Power-to-Gas
Power-to-Gas: Stromüberschüsse im Erdgasnetz speichern und transportieren
Elektrolyse
Die Umwandlung von Strom in synthetisches Erdgas (SNG) erfolgt in zwei Schritten: Elektrolyse und Methanisierung. Bei der Elektrolyse wird Wasser (H2O) mit Hilfe von elektrischer Energie in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) gespalten.
Power-to-Gas
Power-to-Gas: Stromüberschüsse im Erdgasnetz speichern und transportieren
Methanisierung
Bei der Methanisierung werden deshalb in einem weiteren Verfahrensschritt aus dem Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) das mit Erdgas nahezu identische Methan (CH4) und Wasser (H2O) erzeugt.
Power-to-Gas
Power-to-Gas: Stromüberschüsse im Erdgasnetz speichern und transportieren
Erneuerbarer Kohlenstofflieferant
Der Wasserstoff kann direkt genutzt oder in die Erdgasinfrastruktur eingespeist werden. Der maximal zulässige Volumenanteil im Erdgasnetz ist allerdings aus technischen Gründen begrenzt. Reiner Wasserstoff ist auch nicht mit allen Erdgasanwendungen kompatibel.
Power-to-Gas
Power-to-Gas: Stromüberschüsse im Erdgasnetz speichern und transportieren
Einspeisung und Speicherung
Das entstandene SNG wird in die Erdgasinfrastruktur eingespeist oder gespeichert.
LNG: flüssiges Erdgas – Neue
Importquellen und vielfältige Möglichkeiten
LNG sorgt für eine Diversifizierung der Erdgas-Importquellen. Mit der Verflüssigung von Erdgas zu LNG (Liquefied Natural Gas) ist vor allem eine deutliche Reduzierung des Transportvolumens verbunden. Der Energieträger kann entweder direkt zur Betankung von Lkws oder Schiffen genutzt oder in gasförmigem Zustand ins Erdgasnetz eingespeist werden.
1Gasanlieferung
Schritt für Schritt
Das geförderte Erdgas wird über eine Pipeline zur Verflüssigungsanlage in einem Hafen transportiert.
Das geförderte Erdgas wird über eine Pipeline zur Verflüssigungsanlage in einem Hafen transportiert.
2Verflüssigung
Schritt für Schritt
In der Verflüssigungsanlage wird das Erdgas von Schwefel, Stickstoff und Kohlendioxid gereinigt und auf etwa minus 161 Grad Celsius heruntergekühlt. Dadurch verringert sich das Volumen auf ein Sechshundertstel.
3Transport
Schritt für Schritt
Das tiefgekühlte, verflüssigte Erdgas (LNG) wird in die Tanks eines speziellen LNG-Transportschiffs gepumpt und in den Zielhafen transportiert. Die Schiffsmotoren nutzen LNG als Antriebsenergie.
4Regasifizierung
Schritt für Schritt
Im Zielhafen wird das LNG am LNG-Terminal aus dem Transportschiff abgepumpt und nach der Erwärmung als Erdgas in das Erdgasnetz eingespeist. Nun kann es als Heizenergie oder in der Mobilität eingesetzt werden.
5Nutzung als LNG
Schritt für Schritt
Eine alternative Form der Nutzung ist der direkte Transport zu einer LNG-Tankstelle. Dort werden spezielle LNG-Schwerlast-Lkw mit dem verflüssigten Erdgas betankt. Auch Schiffe können LNG als Antriebsenergie nutzen.
Eine alternative Form der Nutzung ist der direkte Transport zu einer LNG-Tankstelle. Dort werden spezielle LNG-Schwerlast-Lkw mit dem verflüssigten Erdgas betankt. Auch Schiffe können LNG als Antriebsenergie nutzen.
6Bio-LNG
Schritt für Schritt
Durch die Aufbereitung von Biogas unter sehr niedrigen Temperaturen können die unterschiedlichen Siedepunkte genutzt werden, um die Bestandteile des Rohbiogases zu trennen. Das Ergebnis sind Trockeneis und flüssiges Bio-LNG.
KWK-Gaskraftwerk
In Deutschland sorgen zahlreiche hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) für die gleichzeitige Produktion von Wärme zur Versorgung von Fernwärmekunden über Wärmenetze und von Strom. Mit einem Anteil von über 55 Prozent ist Erdgas der mit Abstand wichtigste Brennstoff zur Erzeugung von KWK-Strom und -wärme. Große Erdgas-KWK-Kraftwerke werden zumeist von Stadtwerken in größeren Städten zur Fernwärme- und Stromversorgung betrieben.
KWK-Gaskraftwerk
In Deutschland sorgen zahlreiche hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) für die gleichzeitige Produktion von Wärme zur Versorgung von Fernwärmekunden über Wärmenetze und von Strom. Mit einem Anteil von über 55 Prozent ist Erdgas der mit Abstand wichtigste Brennstoff zur Erzeugung von KWK-Strom und -wärme. Große Erdgas-KWK-Kraftwerke werden zumeist von Stadtwerken in größeren Städten zur Fernwärme- und Stromversorgung betrieben.
Blockheizkraftwerke (BHKW)
Es existieren viele verschiedene KWK-Technologien. Neben großen Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerken (GuD) im Bereich zwischen zehn und einigen hundert Megawatt (MW) elektrischer Leistung und zahlreichen weiteren Varianten sind die sogenannten Blockheizkraftwerke (BHKW) weit verbreitet. Als BHKW wird die Einheit aus einem Verbrennungsmotor, in der Regel ein Gasmotor, und einem Stromgenerator bezeichnet. Unter Verwendung von Gas als Brennstoff treibt der Gasmotor den Generator an, der seinerseits Strom produziert. Die Motorwärme wird zur Versorgung der Wärmekunden in das (Nah-) Wärmenetz eingespeist oder direkt im Gebäude verwendet. BHKW sind von kleinen Leistungsklassen mit ein bis zwei Kilowatt (kW), z. B. für Ein- und Zweifamilienhäuser, bis zu großen Anlagen mit bis zu zehn MW elektrischer Leistung verfügbar. Ein Vorteil der Technologie ist, dass BHKW für jeden Anwendungsfall maßgeschneidert ausgelegt und flexibel – je nach Strom- oder Wärmebedarf – betrieben werden können.
Wärmespeicher
Zahlreiche Stadtwerke haben zur zeitlichen Entkopplung und Flexibilisierung der Wärmeerzeugung aus KWK-Anlagen große Wärmespeicher installiert. Diese nehmen Wärme dann auf, wenn die Wärme-Erzeugung den Bedarf im Wärmenetz übersteigt, oder die KWK-Anlage aufgrund hoher Einspeisung von Strom aus Erneuerbaren Energien (EE) nicht läuft. In diesem Fall wird die Wärmeversorgung aus dem Wärmespeicher realisiert. Somit kann die Fahrweise der KWK-Anlage flexibel an die Erzeugung von EE-Strom bzw. an das Strompreissignal angepasst werden.
Power-to-Heat (PtH)
Als Power-to-Heat (PtH) bezeichnet man die Umwandlung von (überschüssigem) Strom, z. B. aus Windkraftanlagen, in Wärme (Heißwasser). Dabei ist ein Power-to-Heat-Modul mit einem großen Tauchsieder vergleichbar. PtH-Module sind bereits zahlreich in Deutschland zu finden. Knapp 40 solcher Anlagen mit einer gesamten elektrischen Leistung von über 550 MW werden zumeist von Fernwärmeversorgungsunternehmen betrieben. Im System aus KWK-Anlage, Wärmespeicher und Wärmenetz kann ein PtH-Modul durch die Umwandlung von Strom in Wärme dafür sorgen, dass in Zeiten von EE-Stromüberschüssen, z.B. in Netzengpassgebieten, die Stromnetze entlastet und Abschaltungen der Windräder vermieden werden. Solche flexiblen KWK-/Wärmenetzsysteme sind Komplementäre zu den Erneuerbaren Energien und gewährleisten die Integration von EE-Strom ins Energiesystem. Dadurch steigt auch im Wärmemarkt der Anteil erneuerbarer Wärme.
Nicht nur Heizen:
Mit Erdgas lässt sich auch Klimatisieren
Kühlung ist ebenso wie Klimatisierung für zahlreiche Branchen ein wichtiges Element der betrieblichen Abläufe. In Fleischereien ist eine ausreichende Kühlung der Waren unabdingbar. Die Klimatisierung von Patienten- und Pflegezimmern gehört in Krankenhäusern oder Heimen genauso zum Standard wie das Temperieren von Gästezimmern in Hotels. Mit Gaswärmepumpen lassen sich die vielfältigen Anforderungen an das Heizen und Klimatisieren von betrieblich genutzten Räumen und Anlagen besonders effizient erfüllen.
In Gewerbebetrieben sind zwei Verfahren der Kälteerzeugung üblich: der Kompressionskälteprozess und der Absorptionskälteprozess. In beiden Fällen wird Kälte dadurch erzeugt, dass das Kältemittel bei einem niedrigen Druck verdampft. Die für die Verdampfung des Kältemittels erforderliche Wärme wird dem zu kühlenden Medium entzogen. Dadurch entsteht der Kühleffekt.
Kälte- und Wärmequellen
Gas-Wärmepumpen können Wärme aus verschiedenen Quellen nutzbar machen. Drei Dinge haben diese Wärmequellen gemeinsam: Sie stehen in der Regel unbegrenzt zur Verfügung, ihre Nutzung ist kostenlos und zudem klimaschonend. Als Kältequellen kommen für eine Wärmepumpe unter anderem Umweltwärme, Abwärme oder Geothermie in Frage.
Umweltwärmequellen:
- Umgebungsluft
- diffuse und direkte Strahlung (Solarabsorber)
- oberflächennahes Erdreich
- Grundwasser und Uferfiltrat
Die Außenluft ist als Wärmequelle überall und ohne Genehmigung verfügbar. Die saisonalen Temperaturschwankungen beeinträchtigen allerdings den Wärmeertrag.
Geothermische Wärmequellen:
- Erdreich
- Thermalquellen
- Thermale Schichtenwässer
Das Erdreich ist ein beachtlicher Wärmespeicher: Es nimmt an seiner Oberfläche Sonnenenergie auf und speichert sie, genauso wie die im Regen enthaltene Wärmeenergie. Diese Wärme lässt sich für die Nutzung in Wärmepumpen entnehmen, zum Beispiel durch Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden oder durch Schlitz- oder Pfahlwände. Je nach Art und geplanter Ausführung erfordern diese Anlagen eventuell vorherige Probebohrungen oder die Genehmigung durch eine Aufsichtsbehörde.
Auch das Grundwasser ist als Wärmequelle geeignet, denn es hat eine Temperatur von etwa 8 bis 12 °C. Die Entnahme erfolgt durch eine Brunnenanlage.
Abwärmequellen:
- Abwärme aus industriellen Prozessen
- Abwärme aus Kühlkreisläufen
- Abwärme aus Abwasser und Abluft
Gas-Wärmepumpen kombinieren sparsame und umweltschonende Erdgastechnologie mit der Nutzung von Umweltwärme aus verschiedenen Wärmequellen. Dass Gas-Wärmepumpen sowohl für die Beheizung als auch für das Kühlen und Klimatisieren von Betriebsräumen einsetzbar sind, zeigt auch, wie vielseitig Erdgas als Energieträger im Gewerbe ist.
Speicher und System
Der Wärme-/Kältespeicher regelt optimal abgestimmt die Energieströme von den „Erzeugern“, z. B. einer Gaswärmepumpe, zu den „Verbrauchern“, wie Kühltruhen oder Heizkörpern. Steht nicht genügend Wärme aus Umweltenergie zur Verfügung, kann der Gasbrenner der Gaswärmepumpe auch ohne Umweltwärme im „Direktheizbetrieb“ genutzt werden. Zudem wird im Wärme-/Kältespeicher die gewonnene Umweltenergie eingelagert.
Funktionsprinzip
Wie funktioniert die Gaswärmepumpe?
1. Der Verdampfer entzieht der Umgebung Wärme. Dabei wechselt das im System enthaltene Kältemittel in den gasförmigen Zustand.
2. Der entstehende Dampf wird mittels eines Kompressors verdichtet und auf ein höheres Temperaturniveau gebracht.
3. Im dritten Schritt gibt das dampfförmige Kältemittel seine Wärme im Verflüssiger/Kondensator an das Heizungssystem ab und wird dabei flüssig.
4. Zum Schluss baut ein Entspannungsventil den Überdruck ab, so dass das Kältemittel wieder Umweltwärme aufnehmen und der Prozess von vorne beginnen kann.
Funktionsprinzip
Gasmotorische Gaswärmepumpen
Werden mit Erdgas betrieben. Um den Verdichter in Gang zu setzen, kommt ein Verbrennungsmotor zum Einsatz. Dieser sollte schallgedämmt sein, um störende Betriebsgeräusche zu vermeiden. Diese Gaswärmepumpen arbeiten primärenergetisch effizienter als Elektro-Wärmepumpen, da sich die Abwärme – welche beim Verbrennungsprozess entsteht – zusätzlich als Heizwärme nutzen lässt. Bei der gasmotorischen Wärmepumpe wird der Verdichter von einem Erdgas-Verbrennungsmotor angetrieben.
Funktionsprinzip
Absorptions-Gaswärmepumpen
Nutzen Erdgas anstelle elektrischer Antriebsenergie. In einem Systemkreislauf wird eine Wasser-Ammoniak-Lösung und Helium als Hilfsgas transportiert, sodass bewegliche Teile, wie z. B. Pumpen, für den Betrieb nicht erforderlich sind. Dadurch sind Absorptions-Gaswärmepumpen sehr ausfallsicher und praktisch wartungsfrei. Absorptions-Gaswärmepumpen nutzen Erdgas in einem thermischen Verdichter. In einem Systemkreislauf wird eine Wasser-Ammoniak-Lösung transportiert.
Heizen und Kühlen
Eine Gas-Wärmepumpe eignet sich besonders gut für einen geringen oder mittleren Kältebedarf. Gas-Wärmepumpen sind gleichzeitig in zwei Betriebsarten nutzbar, nämlich zur Warmwasserbereitung und zum Beheizen der Betriebsräume oder als Kühlaggregat. Auch ein Umschaltbetrieb ist möglich. Dazu wird die Fließrichtung im Gerätekreislauf einfach umgekehrt: Im Heizmodus fördert der außerhalb des Gebäudes installierte Verdichter das gasförmige Kältemittel zum Innengerät (zum Beispiel zu einem Deckenmodul) und gibt Wärme in den Raum ab. Im Kühlbetrieb wird dagegen das flüssige Kältemittel zum Innengerät transportiert.
Erdgas ist der Einstieg in den zukünftigen Kraftstoffmix, um den Verkehrssektor zu dekarbonisieren
Der Straßenverkehr verursacht annähernd 20 Prozent der Treibhausgasemissionen in Deutschland. Alternative Antriebe können einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, den Ausstoß von Treibhausgasen und anderen Schadstoffen (SO2, NOX, Feinstaub) zu reduzieren. Erdgas und Bio-Erdgas als Compressed Natural Gas (CNG) und Liquefied Natural Gas (LNG) sind wichtige Bausteine im zukünftigen Kraftstoffmix. Dafür sprechen insbesondere die in der Gesamtbilanz um rund 25 Prozent reduzierten CO2-Emissionen im Vergleich zu Benzin. Beim Einsatz von reinem Bio-Erdgas können die CO2-Emissionen sogar um bis zu 97 Prozent gesenkt werden. Erdgasfahrzeuge emittieren so gut wie keinen Feinstaub.
Der Umstieg vom Benziner oder Diesel zum CNG-Fahrzeug ist einfach: Viele namhafte Hersteller haben Erdgasautos in ihrem Modellprogramm. Mit Reichweiten von mehreren Hundert Kilometern decken Erdgasautos die Mobilitätsbedürfnisse der allermeisten Menschen ab. Zudem gibt es in unserem Land bereits heute ein flächendeckendes Netz mit rund 850 CNG-Tankstellen - so ist bei Bedarf immer eine in der Nähe zu finden. An 102 dieser Tankstellen ist 100 Prozent Bio-Erdgas erhältlich. Zusätzlich wird an vielen der anderen Erdgaszapfsäulen in Deutschland Bio-Erdgas beigemischt.
CNG tanken ist preiswerter als Benzin, Diesel und LPG (Liquefied Petroleum Gas, zu Deutsch „Autogas“). Leider ist dies nicht auf den ersten Blick zu erkennen, weil der Preis für Benzin, Diesel und LPG je Liter, jener für CNG hingegen je Kilogramm angegeben wird. Ein Kilo Erdgas enthält jedoch die anderthalbfache Menge Energie eines Liters Superbenzins. Hier ist Transparenz für einen fairen Wettbewerb gefragt.
Auch im nationalen und internationalen Güterverkehr kann Gas eine Schlüsselrolle dabei spielen, den Ausstoß von Schadstoffen deutlich zu senken und so Umweltschutz- und Klimaziele zu erreichen. Wo schwere Lasten bewegt werden, kommt LNG zum Zug. Aufgrund des geringen Volumens des Kraftstoffs LNG erreichen LKW damit sehr große Reichweiten. Die Flexibilität beim Transport schwerer Waren und Güter ist vergleichbar mit konventionellen Antrieben. Seine Vorteile kann LNG auch in der Schifffahrt ausspielen. Sowohl in der Binnen- als auch in der Hochseeschifffahrt ist es eine umweltschonendere Alternative zum Schiffsdiesel. Eine Tankstelleninfrastruktur für Schwerlast-LKW und die Binnenschifffahrt befindet sich in Deutschland gerade im Aufbau.
Quartierskonzept:
Ganzheitliche integrierte Lösungsansätze schaffen Mehrwert
Ob Stadtteil, Viertel oder Kietz genannt: In „Quartieren” pulsiert das Leben und Gebäude unterschiedlicher Größe und Nutzungsart sorgen für Vielfalt.
Quartierskonzepte sind individuell auf das jeweilige Quartier angepasste Wohnkonzepte, die in der Regel auch eine dezentrale Energieversorgung integrieren . Dabei geht die Planung und Betrachtung über das einzelne Objekt hinaus und bezieht den gesamten umliegenden Lebensraum mit ein.
Es werden in allen möglichen Bereichen – wie Mobilität, Eigenstomversorgung, Smart Home, etc. – Beziehungen zwischen den Quartiersbewohnern intelligent ausgebaut. Hierdurch entstehen neue Formen des Zusammenlebens mit Synergieeffekten in Bezug auf Effizienz, Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung.
Viele Elemente, ein Ansatz: Ganzheitliche Lösungen für Wohnquartiere
Der ganzheitliche Ansatz bietet vielfältige Chancen und Mehrwerte für die Bewohner und Nutzer. Energieeffizienz, Nachhaltigkeit (wie Ressourcenschonung durch Teilen beispielsweise beim Car-Sharing) und Wirtschaftlichkeit bis hin zu sozialen und kulturellen Aspekten (wie Kindergärten) bieten ausreichend Potentiale für ein optimales Wohnumfeld.
Energie:
- Strom inklusive Beleuchtung und Mieterstrom
- Wärme
- Kälte
- Erneuerbare Anteile
Wasser:
- Trinkwasser und Abwasser
Technologie:
- Breitband und WLAN
- Blockchain
- Smart Home und Assisted Living
- Steuerung, Monitoring und Metering
Mobilität:
- Ladestationen, Nahverkehr, Car-Sharing
Heizen, Kühlen, Klima
Besonders bei der Energieversorgung und Energieinfrastruktur lässt sich durch Nutzung von Synergien beim Quartiersansatz eine höhere Gesamteffizienz erreichen. Elemente wie ein hoher energetischer Standard, innovative Wärmeversorgung, Abwärmenutzung und dezentrale Stromerzeugung spielen eine entscheidende Rolle und werden über intelligente Messkonzepte und die Sektorenkopplung bis hin zu integrierten Mobilitätskonzepten miteinander verbunden.
Jede Quartierslösung ist individuell und vereint verschiedenen Elemente:
- Niedertemperaturnetz mit zentraler Geothermie / Solarthermie /Abwärmenutzung (beispielsweise aus Gewerbeeinheiten)
- Nutzung des Niedertemperaturnetzes als Wärmequelle in den einzelnen Häusern in Verbindung mit Wärmepumpen
- Einbindung von Eisspeichern
- Nahwärme aus Bio-Gas-KWK mit Einbindung von Solarthermie
- Virtuelles Kraftwerk aus PV-Anlagen, Brennstoffzellen, KWK, E-Ladesäulen und Batteriespeicher
- Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
Versorgung im Quartier erzeugt spürbare Mehrwerte
Voraussetzung für ein erfolgreiches Quartierskonzept ist eine frühzeitige Analyse und umfassende Planung, sowie ein Energiekonzept, das auch mögliche zukünftige Entwicklungen mit einbeziehen kann. Zudem sind die Nutzer soweit wie möglich in die Planung einzubeziehen. Dies trägt zur Steigerung der Akzeptanz des am Ende von allen zu tragenden Konzeptes bei.
- Wohnumfeldverbesserung (im Bestand)
- Bessere Luft - und generelle Umweltqualität
- Wertsteigerung der Immobilie
- Zufriedenheit der Nutzer
- Energieeinsparung / Ressourcenschonende Bauweise und Nutzung (z. B. Car-Sharing)
- Ressourcenschonende Bauweise
- geringe Betriebskosten
- Imagesteigerung
- Höhere Autarkie durch dezentrale Stromerzeugung
- Einfache kontinuierliche Optimierung zentraler Prozesse und Technologien gegenüber Einzelversorgung
- Einfache Nachrüstung von Innovationen oder neuer technischer Standards, von denen – einmal zentral installiert – sofort und ohne Weiteres alle Nutzer profitieren. Veränderungen sind dadurch auch in Zukunft effektiv und schnell umsetzbar.
Zentrale Versorgungseinheit
Hauptbestandteil einer Quartierslösung ist meist eine zentrale Versorgungseinheit, die über ein Energienetz die einzelnen Objekte miteinander verbindet. Zentrale Elemente wie KWK-Anlagen, Geothermiebohrungen oder Eisspeicher – aber auch die Einbindung von Abwärme oder erneuerbaren Energien – lässt sich so in der Regel wesentlich effizienter und mit geringerem Aufwand realisieren gegenüber vielen kleineren Einheiten. Dies gilt auch für die Kälteversorgung über ein entsprechendes Netz.
Jede Quartierslösung ist individuell und vereint verschiedenen Elemente:
- Niedertemperaturnetz mit zentraler Geothermie / Solarthermie /Abwärmenutzung (beispielsweise aus Gewerbeeinheiten)
- Nutzung des Niedertemperaturnetzes als Wärmequelle in den einzelnen Häusern in Verbindung mit Wärmepumpen
- Einbindung von Eisspeichern
- Nahwärme aus Bio-Gas-KWK mit Einbindung von Solarthermie
- Virtuelles Kraftwerl aus PV-Anlagen, Brennstoffzellen, KWK, E-Ladesäulen und Batteriespeicher
- Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
Heute und morgen des Energiesystems: Erneuerbare Energien
Die Erneuerbaren Energien sind die Grundlage für das Energiesystem der Zukunft. Schon heute (Stand Ende 2018) decken die Erneuerbaren Energien mehr als 38 Prozent des Bruttostromverbrauchs. Rund 53 GW installierte Leistung Windenergie an Land, 45 GW Photovoltaik, 8,5 GW Biomasse sowie rund 7 GW Wasserkraft und 7 GW Offshore-Windenergie produzierten 2018 fast 230 Milliarden Kilowattstunden. Besonders die Stromerzeugung aus Windenergie und aus Photovoltaik unterliegt naturgemäß großen Schwankungen. Die Stromversorgung ist jedoch auch heute - trotz der oben genannten, bereits großen Anteilen "grünen" Stroms - nach wie vor sicher.
Die Erneuerbaren Energien sind die Grundlage für das Energiesystem der Zukunft. Schon heute (Stand Ende 2018) decken die Erneuerbaren Energien mehr als 38 Prozent des Bruttostromverbrauchs. Rund 53 GW installierte Leistung Windenergie an Land, 45 GW Photovoltaik, 8,5 GW Biomasse sowie rund 7 GW Wasserkraft und 7 GW Offshore-Windenergie produzierten 2018 fast 230 Milliarden Kilowattstunden. Besonders die Stromerzeugung aus Windenergie und aus Photovoltaik unterliegt naturgemäß großen Schwankungen. Die Stromversorgung ist jedoch auch heute - trotz der oben genannten, bereits großen Anteilen "grünen" Stroms - nach wie vor sicher.
Um das hohe Maß an Versorgungssicherheit auch bei noch größeren Anteilen Erneuerbarer Energieträger aufrecht zu erhalten (Ziel ist, den Anteil der Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch auf mindestens 80 Prozent bis zum Jahr 2050 zu erhöhen), sind Speichertechnologien und innovative Lösungen zur Integration dieser zusätzlichen Strommengen in das Energiesystem erforderlich: Hierfür sind Power-to-Gas-Systeme eine vielversprechende Lösung: Diese ermöglichen die Umwandlung von Strom in Gas und damit seine Speicherung. Aber auch Power-to-Heat, also die Umwandlung von Strom in Wärme, und die direkte Nutzung von Erneuerbaren-Strom in der Elektromobilität werden wichtige Bestandteile im Energiesystem von morgen sein.
Um das hohe Maß an Versorgungssicherheit auch bei noch größeren Anteilen Erneuerbarer Energieträger aufrecht zu erhalten (Ziel ist, den Anteil der Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch auf mindestens 80 Prozent bis zum Jahr 2050 zu erhöhen), sind Speichertechnologien und innovative Lösungen zur Integration dieser zusätzlichen Strommengen in das Energiesystem erforderlich: Hierfür sind Power-to-Gas-Systeme eine vielversprechende Lösung: Diese ermöglichen die Umwandlung von Strom in Gas und damit seine Speicherung. Aber auch Power-to-Heat, also die Umwandlung von Strom in Wärme, und die direkte Nutzung von Erneuerbaren-Strom in der Elektromobilität werden wichtige Bestandteile im Energiesystem von morgen sein.
Alles Gute kommt von oben:
Effizienz-Kombination Brennwert + Solar
Erdgas-Brennwertheizungen arbeiten besonders effizient, da sie die beim Heizen entstehende Abgaswärme nicht ungenutzt lassen, sondern erneut dem Heizkreislauf zuführen. Über eine Regelung wird die aktuell benötigte Heizleistung stufenlos angepasst, um nicht unnötig Energie zu verbrauchen.
Im Beispiel sehen wir ein wandhängendes Brennwertgerät*, das sich einfach mit Solarthermie-Systemen kombinieren lässt. Dieses nutzt kostenlose Sonnenenergie und kann in jeder Region für die Warmwasserbereitung eingesetzt werden. Aufgrund ihrer kompakten Abmessungen, lassen sich Brennwertgeräte sowohl in Wohn- als auch Hauswirtschaftsräumen, sowie im Keller, platzsparend unterbringen. Auch eine Einbindung als Dachheizzentrale ist möglich. Im Vergleich zu älteren Systemen lassen sich durch die Kombination von Brennwert und Solar bis zu 55 % der klimaschädlichen CO2-Emissionen einsparen.
* Je nach Leistungsbedarf und Raumgröße, können natürlich auch bodenstehende Kessel verwendet werden.
Nacht / Schlechtwetter
Steht während der Nacht oder Schlechtwetterperiode keine ausreichende Wärme aus der Solarthermie oder dem Speicher zur Verfügung, übernimmt die Erdgas-Brennwertheizung die gesamte Wärmeversorgung. Sie ist in der Lage auch schwankende Leistungsanforderungen kurzfristig abzudecken.
Speicher + System
Vom Wärmespeicher aus werden optimal abgestimmt die Wärmeströme von den „Erzeugern“, wie z. B. einer Brennwertheizung oder der Solaranlage zu den „Verbrauchern“ wie der Dusche oder Waschbecken geregelt. Im Wärmespeicher wird vorrangig Solarenergie in Form von Warmwasser gespeichert. Damit jederzeit Wohlfühlwärme bereit gestellt werden kann, heizt die Brennwerttherme bedarfsgerecht und modulierend hinzu. Die benötigte Größe des Wärmespeichers ist davon abhängig, ob neben der Warmwasserbereitung auch eine solare Heizungsunterstützung geplant ist. Im Beispiel wird ein Speicher gezeigt, welcher für beide Einsatzzwecke ausgelegt ist.
Solarmodule
Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren nutzen die Sonnenstrahlung zur Wärmegewinnung und geben die gewonnene Energie an den Wärmespeicher des Systems ab. Mit einer Kollektorfläche von 1 bis 1,5 qm pro Person können im Jahr bis zu 60 % des Energiebedarfs bei der Warmwasserbereitung abgedeckt werden – von Mai bis September sogar bis zu 100 %!
Soll neben der Warmwasserbereitung auch die Raumheizung mit Solarenergie unterstützt werden, ist eine Kollektorfläche von 2 bis 4 qm pro Person erforderlich. Je nach Dämmstandard des Hauses, lassen sich so 10 bis 30 % – in Niedrigenergiegebäuden bis zu 50 % – der Brennstoffenergie einsparen.
Dachheizzentrale
Flexible Aufstellmöglichkeiten: Vor allem in Neubauten können Sie Ihr Gerät nach Wunsch auch platzsparend unter dem Dach platzieren.
Wie funktioniert eine Erdgas-Brennwertheizung im Detail?
1. Das Erdgas verbrennt unter Luftzufuhr. Dabei entsteht nutzbare Verbrennungswärme.
2. Die Wärme wird mittels Wasser im Heizungsvorlauf zum Heizungssystem und in den Wärmespeicher transportiert.
3. Durch Abkühlung der Verbrennungsgase (Abgase) unter den Taupunkt von ca. 55°C wird die im Wasserdampf enthaltene Energie in Form von Verdunstungswärme freigesetzt. Das dabei entstehende Kondensat wird in die Kanalisation abgeleitet.
4. Die Nutzung der Kondensationswärme (latente Wärme) führt zu einem zusätzlichen Wärmegewinn von bis zu 11 %.
Heizung
Das Heizungssystem eines Gebäudes sollte unter Berücksichtigung von Design und Komfort genau auf die Heizlast abgestimmt und individuell raumweise zu regeln sein. Um den größtmöglichen Solaranteil im Heizkreislauf zu erzielen, kommt es vor allem auf die Heizungsregelung an. Sie ist für das perfekte Zusammenspiel der einzelnen Systemkomponenten erforderlich. Abhängig von der Raumtemperatur und der Witterung, berechnet sie, wann es sinnvoll ist „zuzuheizen” und wann die erzielten Solarerträge für einen ausreichenden Wärme- und Warmwasserkomfort sorgen.
Strom und Wärme selbst erzeugen: mit Kraft-Wärme-Kopplung
Blockheizkraftwerke (BHKW) arbeiten nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung und werden schon seit Jahren zur dezentralen Erzeugung von Wärme und Strom eingesetzt – gerade in Gewerbe und Industrie. Für die verschiedenen Anwendungsbereiche werden BHKW-Anlagen in einem weiten Leistungsbereich angeboten, bis hin zu mehreren Megawatt Leistung. Als Mini-BHKW werden Blockheizkraftwerke bezeichnet, die maximal 50 kW elektrische Leistung aufbringen. Diese Anlagen sind sehr kompakt gebaut, in der Regel direkt anschlussbereit und besonders für kleine bis mittlere Gewerbeeinheiten geeignet. Auch Anlagen größerer Leistung sind als sogenannte Containerlösungen anschlussfertig verfügbar.
BHKW können schon in kleinen Gewerbeeinheiten erheblich zur Senkung der Energiekosten beitragen. Sinnvoll ist die Investition in ein BHKW aber auch in Hotels oder größeren Fertigungsbetrieben mit einem konstant hohen Energiebedarf. Mit dem Einsatz eines dezentralen BHKW lassen sich gegenüber einer herkömmlichen Gas-Niedertemperaturheizung bis zu 36 Prozent der Energiekosten einsparen.
Überschüsse zahlen sich aus:
Einspeisung ins Stromnetz
Jede Kilowattstunde Strom, die selbst erzeugt und verbraucht wird, reduziert die Strombezugskosten. Überschüssig erzeugter Strom kann ins Netz eingespeist werden und wird vergütet.
Starke Leistung:
Ökonomisch und ökologisch
Im Verbund mit einem oder mehreren Heizkesseln sollte ein BHKW die Grundlast der Wärmeerzeugung abdecken oder mindestens 4.000 Betriebsstunden im Jahr erreichen. Besonders wirtschaftlich arbeiten BHKW dann, wenn sie mit 4.500 oder mehr Betriebsstunden im Jahr gefahren werden. Bedarfsspitzen decken modular zuschaltbare konventionelle Heizgeräte ab, zum Beispiel klassische Erdgas-Brennwertkessel.
BHKWs sind für viele Branchen eine attraktive Lösung für die Energieversorgung, denn die gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Strom ist ökologischer und effizienter als die getrennte Erzeugung.
Effizienter Betrieb,
hoher Wirkungsgrad
Der Vorteil von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen liegt in ihrer besonders effizienten Betriebsweise. Während bei der konventionellen Stromerzeugung die anfallende Wärme zum Teil ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird, wird sie bei KWK-Anlagen nutzbar gemacht: als Heizwärme und in Gewerbebetrieben auch als Prozesswärme.
Blockheizkraftwerke erreichen einen Gesamtwirkungsgrad von über 90 Prozent. Die elektrischen Wirkungsgrade liegen bei Anlagen in der gewerblichen Nutzung bei etwa 40 Prozent; die thermischen Wirkungsgrade variieren zwischen etwa 60 Prozent bei den kleinen und ca. 45 Prozent bei den großen Motoren. Durch die Kopplung des BHKW mit Adsorptionskältemaschinen kann auch der Kältebedarf abgedeckt werden.
Ausgereifte Technik,
flexible Einsatzmöglichkeiten
Zur möglichst optimalen Nutzung der von ihnen erzeugten Wärmeenergie werden BHKW oft in bestehende Heizsysteme integriert. Deshalb sollte bereits in der Planungsphase die technische Kompatibilität von Heizungssystem und BHKW systematisch gesichert werden: Das gilt vor allem für die hydraulischen Verhältnisse in Wärmeverteilungssystemen, für das Mess- und Regelsystem sowie für den Stromanschluss. Neben dem eigentlichen BHKW-Modul enthalten die Systeme oft auch Warmwasser- und Wärmespeicher.
Funktionsprinzip
Wärme und Strom aus einem Gerät:
So funktioniert die Kraft-Wärme-Kopplung.
Eine KWK-Anlage besteht aus einem Erdgas-Verbrennungsmotor und einem Generator. Das System erzeugt Wärme und Strom. Der Strom wird vorrangig für den Eigenbedarf und die Heizwärme zur Deckung des Gebäudewärmebedarfs sowie zur Warmwasserbereitung genutzt. Nicht selbst genutzter Strom kann in das öffentliche Stromnetz eingespeist und durch den regionalen Netzbetreiber vergütet werden.
Funktionsprinzip
Mehr als heiße Luft: So funktioniert das Otto-Motor-Heizgerät.
1. Das KWK-System arbeitet nach dem Prinzip der internen Verbrennung im Ottomotor. In diesem wird Erdgas mit angesaugter Luft vermischt und mit Hilfe eines Zündfunkens zur kontrollierten Explosion gebracht.
2. abei entstehen Verbrennungsgase, welche sich ausdehnen. Der verursachte Überdruck setzt eine Kolbenbewegung in Gang. Diese wird auf eine Welle übertragen, die den Generator zur Stromerzeugung antreibt.
3. Entstehende Abwärme wird für Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt.
Gasspeicher in Deutschland: Gesicherte Erdgasversorgung
Die 49 deutschen Untertage-Gasspeicher an 38 Standorten können gut 23 Mrd. m3 Arbeitsgas aufnehmen. Das entspricht rund einem Viertel der in Deutschland im Jahr 2018 verbrauchten Erdgasmenge. Die deutsche Gaswirtschaft verfügt damit über das größte Speichervolumen in der Europäischen Union.
Gasspeicher in Deutschland: Gesicherte Erdgasversorgung
Die 49 deutschen Untertage-Gasspeicher an 38 Standorten können gut 23 Mrd. m3 Arbeitsgas aufnehmen. Das entspricht rund einem Viertel der in Deutschland im Jahr 2018 verbrauchten Erdgasmenge. Die deutsche Gaswirtschaft verfügt damit über das größte Speichervolumen in der Europäischen Union.
Standorte der deutschen Untertage-Erdgasspeicher
Die 49 deutschen Untertage-Gasspeicher an 38 Standorten können gut 23 Mrd. m3 Arbeitsgas aufnehmen. Das entspricht rund einem Viertel der in Deutschland im Jahr 2018 verbrauchten Erdgasmenge. Die deutsche Gaswirtschaft verfügt damit über das größte Speichervolumen in der Europäischen Union.
Standorte der deutschen Untertage-Erdgasspeicher
Die 49 deutschen Untertage-Gasspeicher an 38 Standorten können gut 23 Mrd. m3 Arbeitsgas aufnehmen. Das entspricht rund einem Viertel der in Deutschland im Jahr 2018 verbrauchten Erdgasmenge. Die deutsche Gaswirtschaft verfügt damit über das größte Speichervolumen in der Europäischen Union.
Import-Pipeline
Deutschland ist aktuell zu über 90 Prozent auf Importe von Erdgas angewiesen. Im Wesentlichen aus den Produzentenländern Russland Niederlande und Norwegen gelangen die Erdgas-Importmengen per Pipeline nach Deutschland. Geringe Mengen werden auch aus Dänemark bezogen. Die inländische Eigenproduktion lag 2017 nur noch bei rund 6 Prozent vom deutschen Erdgasbezug. Das deutsche Erdgasnetz ist gut in das wachsende europäische Erdgasversorgungsnetz integriert.
Deutschland ist aktuell zu über 90 Prozent auf Importe von Erdgas angewiesen. Im Wesentlichen aus den Produzentenländern Russland Niederlande und Norwegen gelangen die Erdgas-Importmengen per Pipeline nach Deutschland. Geringe Mengen werden auch aus Dänemark bezogen. Die inländische Eigenproduktion lag 2017 nur noch bei rund 6 Prozent vom deutschen Erdgasbezug. Das deutsche Erdgasnetz ist gut in das wachsende europäische Erdgasversorgungsnetz integriert.
Hybridheizung: Die Kombination von Wärmeerzeugung aus Erdgas und Strom
Kombigeräte vereinen die Vorteile einer Erdgas-Brennwertheizung und einer Luft- / Wasser-Wärmepumpe. Die intelligente Steuerung optimiert das Zusammenspiel der Wärmeerzeugungseinheiten hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit.
Wie funktioniert eine Hybridheizung?
Eine Hybridheizung besteht aus drei Komponenten: einer Gas-Brennwerttherme, einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe und einer intelligenten Steuerungseinheit. Hybridheizungen werden als Kombigerät oder in getrennten Modulen angeboten.
Das Brennwertgerät nutzt Erdgas als Energieträger und arbeitet aufgrund der zusätzlichen Nutzung der in den Abgasen sowie im Wasserdampf enthaltenen Kondensationswärme sehr effizient.
Die Luft-/Wasser-Wärmepumpe integriert Umweltwärme und erzeugt aus 1 Kilowattstunde (kWh) Strom in der Regel über 3 kWh Heizenergie.
Die intelligente Steuerung arbeitet mit einer Logik, die die Effizienz von Brennwertheizung und Wärmepumpe abgleicht und jeweils die aktuell kostengünstigere oder emissionsärmere Technologie auswählt.
Drei Betriebsweisen sind möglich:
a. Im CO2- bzw. energetisch optimierten Betrieb wird möglichst viel Kohlendioxid eingespart.
b. Beim kostenoptimierten Betrieb wird das Modul mit dem aktuell günstigeren Energieträger genutzt.
c. Bei der temperaturgeregelten Betriebsart arbeitet je nach Außentemperatur das Brennwertgerät oder die Wärmepumpe.
Erdgas-Brennwertheizung:
Stand der Technik
Erdgas-Brennwertheizungen arbeiten besonders effizient und energiesparend, da sie die bei der Verbrennung entstehende Abgaswärme zusätzlich nutzbar machen und dem Heizungs- system zuführen. Über eine Regelung wird die aktuell benötigte Heizleistung stufenlos an die Nutzungszeiten und -bedingungen angepasst, um nicht unnötig Energie zu verbrauchen.
Speicher + System
Vom Wärmespeicher aus werden optimal abgestimmt die Wärmeströme von den „Erzeugern“, wie z. B. einer Brennwertheizung oder der Solaranlage, zu den „Verbrauchern“ wie Dusche oder Waschbecken geregelt. Im Wärmespeicher wird vorrangig Solarenergie in Form von Warmwasser gespeichert. Damit jederzeit Wohlfühlwärme bereit gestellt werden kann, heizt die Brennwerttherme bedarfsgerecht und modulierend hinzu. Die benötigte Größe des Wärmespeichers ist davon abhängig, ob neben der Warmwasserbereitung auch eine solare Heizungsunterstützung geplant ist. Im Beispiel wird ein Speicher gezeigt, welcher für beide Einsatzzwecke ausgelegt ist.
Dachheizzentrale
Flexible Aufstellmöglichkeiten: Vor allem in Neubauten können Sie Ihr Gerät nach Wunsch auch platzsparend unter dem Dach platzieren.
Wie funktioniert eine Erdgas-Brennwertheizung?
1. Das Erdgas verbrennt unter Luftzufuhr. Dabei entsteht nutzbare Verbrennungswärme.
2. Die Wärme wird mittels Wasser im Heizungsvorlauf zum Heizungssystem und in den Wärmespeicher transportiert.
3. Durch Abkühlung der Verbrennungsgase (Abgase) unter den Taupunkt von ca. 55°C wird die im Wasserdampf enthaltene Energie in Form von Verdunstungswärme freigesetzt. Das dabei entstehende Kondensat wird in die Kanalisation abgeleitet.
4. Die Nutzung der Kondensationswärme (latente Wärme) führt zu einem zusätzlichen Wärmegewinn von bis zu 11 %.
Technik der Zukunft: die Brennstoffzelle
Neben Blockheizkraftwerken (BHKW), werden auch Brennstoffzellen-Heizgeräte Wärme und Strom aus einem Gerät liefern. Auch sie arbeiten nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Mit einem feinen Unterschied: Die eingesetzte Primärenergie Erdgas wird nicht „heiß verbrannt“, sondern elektrochemisch in Energie umgewandelt.
Brennstoffzellen-Heizgeräte eignen sich für die komplette Wärmeversorgung im Haus und können sowohl im Neubau als auch bei der Modernisierung eingesetzt werden. Warmes Wasser und Heizwärme können fast vollständig vom Brennstoffzellen-Heizgerät zur Verfügung gestellt und in einem Wärmespeicher bevorratet werden. Nur bei Spitzenlasten, z. B. bei besonders niedrigen Außentemperaturen, schaltet sich das integrierte Brennwertgerät zu.
Einspeisung
Jede Kilowattstunde Strom, die selbst erzeugt und verbraucht wird, reduziert die Strombezugskosten. Überschüssig erzeugter Strom kann ins Netz eingespeist werden und wird vergütet.
Eigenstromnutzung
Mit einer innovativen Strom erzeugenden Heizung reduzieren sich die Energiebezugskosten deutlich. Durch die gleichzeitige Stromerzeugung können in der Regel ca. 60 % des Haushaltsstrombedarfs durch die Eigenproduktion abgedeckt werden.
Pufferspeicher
Brennstoffzellen-Heizgeräte sollten in Kombination mit einem Pufferspeicher betrieben werden. So kann auch bei höherem Heiz- und Warmwasserbedarf über einen längeren Zeitraum eine gleichmäßige Wärmeerzeugung garantiert werden. Zudem wird häufiges Ein- und Ausschalten des Geräts vermieden.
Funktionsprinzip
Brennstoffzellen-Heizgeräte sollten in Kombination mit einem Pufferspeicher betrieben werden. So kann auch bei höherem Heiz- und Warmwasserbedarf über einen längeren Zeitraum eine gleichmäßige Wärmeerzeugung garantiert werden. Zudem wird häufiges Ein- und Ausschalten des Geräts vermieden.
Funktionsprinzip:
So funktioniert die Brennstoffzelle
Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden – der Anode (Minuspol) und der Kathode (Pluspol). Sie sind getrennt durch den Elektrolyt mit einer festen, ionendurchlässigen Membran. Jede der Elektroden ist mit einem Katalysator beschichtet, z. B. Nickel oder Platin. Nachdem Wasserstoff der Anode zugeführt wurde, teilt er sich in Elektronen und Protonen. Die freien Elektronen werden als brauchbarer elektrischer Strom durch den äußeren Kreislauf genutzt. Die Protonen breiten sich durch den Elektrolyt zur Kathode aus. An der Kathode verbindet sich der Sauerstoff aus der Luft mit Elektronen aus dem äußeren Kreislauf und Protonen. Gemeinsam ergeben sie Wasser und Wärme.
Funktionsprinzip
Bei der Protonenaustauschmembran Brennstoffzelle (engl. Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC), oder auch Polymerelektrolyt Brennstoffzelle (engl. Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC) genannt, handelt es sich um eine Niedertemperaturbrennstoffzelle, die bei Betriebstemperaturen von ca. 50-100°C arbeitet. Als Elektrolyt kommt eine Polymermembran zum Einsatz.
Vor- und Nachteile
Wesentliche Vorteile der PEM Brennstoffzelle sind ein gutes dynamisches Verhalten, wodurch dieser Brennstoffzellentyp für die ganzjährige Hausenergieversorgung gut geeignet ist.
Nachteile sind hohe Anforderung an die Reaktionsgaserzeugung bezüglich sehr niedriger Kohlenmonoxidgehalte sowie ein aufwändiges Wassermanagement.
Funktionsprinzip
Bei der Festoxidbrennstoffzelle (engl. Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) handelt es sich um eine Hochtemperaturbrennstoffzelle, die bei Betriebstemperaturen von ca. 800-1000°C arbeitet. Als Elektrolyt kommt ein fester keramischer Werkstoff zum Einsatz.
Vor- und Nachteile
Wesentliche Vorteile der Festoxidbrennstoffzelle sind die Unempfindlichkeit gegenüber Kohlenmonoxid (CO) im Reaktionsgas sowie ein einfacher Systemaufbau.
Nachteile sind, bedingt durch die hohen Betriebstemperaturen, hohe Werkstoffansprüche und lange Aufwärmphasen.
Smart Home
In einem Smart Home werden im Haus oder in der Wohnung verwendete Geräte und Anwendungen, wie z. B. Leuchten, Haushaltsgeräte oder Jalousien sowie die zugehörigen Bedienelemente vernetzt. So werden anwenderspezifische, automatisierte und fernsteuerbare Abläufe über eine drahtlose Funktechnologie oder ein leitungsgebundenes Bussystem ermöglicht. Die Heizungs- und Lüftungstechnik, die interne und externe Kommunikationstechnik, die Multimedia- und Sicherheitstechnik können ebenfalls in das Netzwerk integriert werden. Das Smart Home gewährleistet dem Nutzer eine bessere Wohn- und Lebensqualität, mehr Sicherheit und eine effizientere Energienutzung.
Beleuchtung
Eine klassische Funktion in einem Smart Home ist die automatische, bedarfsangepasste Beleuchtung in Verbindung mit einer Steuerung von individuellen Raumszenen. Das bedeutet, dass mit nur einem Tastendruck oder Sprachbefehl die verschiedenen Leuchten oder Verschattungsanlagen im Haus einzeln oder gemeinsam geschaltet und gedimmt werden können. Die gewünschten Szenen oder Lichtstimmungen werden einmal vom Nutzer festgelegt und können immer wieder aufgerufen, aber auch verändert werden. Die Beleuchtung kann gleichzeitig über eine Aktivierung durch Präsenz- oder Bewegungsmelder für den präventiven Einbruchschutz genutzt werden.
Sicherheit
Eine wichtige Anwendung ist eine automatische oder von Nutzer festgelegte Aktivierung eines Alarmsystems, von Videoaufzeichnungen über die Türkommunikation sowie einer Anwesenheitssimulation bei Abwesenheit der Nutzer. Das Smart Home erkennt dabei auch die Entfernung der Nutzer vom eigenen Haus über die Position des eingebundenen Smartphones. Vergessene Verbraucher, wie zum Beispiel die nicht ausgeschaltete Kaffeemaschine, gehören damit ebenfalls der Vergangenheit an. Nähert sich ein Nutzer dem Haus, so werden automatisch die Komfortfunktionen des Hauses wieder aktiviert.
Heizung und Lüftung
Ein Beispiel für die größtmögliche Effizienz bei Vernetzung unterschiedlicher Systeme ist die Verknüpfung der Heizungsanlage, des Wärmeerzeugers, der Lüftungs- oder Klimatisierungsanlage sowie der Verschattungsanlage. Die Verschattungsanlage (Raffstore, Textilscreens, Markisen etc.) werden in Abhängigkeit der Innen- und Außentemperatur entweder zur Nutzung oder Abschattung der Sonnenenergie genutzt. Die Temperaturfühler in den einzelnen Räumen sowie eine lokale Wetterprognose geben den restlichen Bedarf an Heiz- oder Kühlenergie an den Wärmeerzeuger oder die Klimatisierung vor. So wird mit minimalem Energieaufwand der maximale Komfort für die Nutzer des Hauses erreicht.
Bedienung
Neben der Möglichkeit der manuellen Bedienung vor Ort über „klassische“ Bedienelemente wie Schalter, Taster oder Bildschirme gewinnt die Steuerung mittels mobiler Endgeräte, wie Smartphones oder Tablets, sowie Sprache zunehmend an Bedeutung. Ein breites Spektrum verschiedener Apps ermöglicht sowohl die komfortable Bedienung vor Ort über das Heimnetzwerk als auch von unterwegs über die mobile Internetverbindung.
Datensicherheit
So vielfältig und angenehm die Funktionen in einem Smart Home auch sind, ist gerade bei einer ausgeprägten Vernetzung der Komponenten auf den Schutz der eigenen Daten zu achten. Vernetzte Geräte tauschen ständig Signale und Daten untereinander aus. Sensible Daten wie An- und Abwesenheitszeiten oder Nutzerverhalten müssen daher geschützt werden. Als erster Schritt sollte somit das System physisch gesichert sein. Datenleitungen und Geräte sollten so untergebracht werden, dass kein unbefugter Zugriff darauf hat. Das System sollte weiterhin durch sichere Passwörter geschützt werden. Hierfür sollte eine Kombination aus mindestens 8 Buchstaben, Ziffern, Satz- und Sonderzeichen sowie Groß- und Kleinschreibung verwendet werden.
Smarte Haushaltsgeräte
Das Interesse und das Angebot an smarten und vernetzten Hausgeräten wächst stetig. Neben mehr Komfort bieten sie häufig zusätzlichen Mehrwert, indem Apps zum Beispiel Tipps zur Wäschepflege und Programmwahl bei der Waschmaschine geben oder Anleitungsvideos und Rezeptideen beim Kochen liefern. Immer mehr Anbieter von Haushaltsgeräten bauen die Möglichkeiten aus, Waschmaschine, Wäschetrockner oder Backofen über einen Sprachassistenten zu steuern und deren jeweiligen Status abzufragen. Mögliche Befehle wie „sag mir, wie lange die Waschmaschine noch läuft“ oder „schalte den Backofen aus“ machen den extra Gang in den Keller oder in die Küche überflüssig. Das ist nicht nur für Menschen, die in ihrer Bewegungsfähigkeit eingeschränkt sind, praktisch, sondern erleichtert den Alltag in jedem Haushalt.
Ein wertvoller Beitrag zum Klimaschutz:
Dezentrale Stromerzeugung für Mehrfamilienhäuser.
Mit Mieterstrom leisten Vermieter/Wohnungsbaugesellschaften und Mieter einen wertvollen Beitrag zum Klimaschutz. Vor Ort produzierte Energie ist besonders effizient und umweltschonend, weil durch Erzeugung und Verbrauch am gleichen Ort lange Transportwege entfallen. Die Mieter profitieren von der Energiewende mit Preisvorteilen aus der dezentralen Stromerzeugung mit erneuerbaren Energien.
Hierzu wird die Immobilie mit einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) und/oder einem Mini-Blockheizkraftwerk (Mini-BHKW) zur Stromerzeugung ausgestattet.
Mieterstrom mittels Mini-BHKW ist besonders attraktiv, wenn die bestehende Heizungsanlage nicht effizient genug arbeitet und auf dem Prüfstand steht. Denn neben dem Strom wird auch günstig Wärme produziert. Weiterer Vorteil: Der Jahresprimärenergiebedarf des Mehrfamilienhauses wird maßgeblich verringert. Dies führt zu einer deutlich besseren Bewertung der Immobilie z. B. im Energieausweis und bei weiteren gesetzlichen Verordnungen.
Funktionsprinzip
So funktioniert Mieterstrom:
- Strom sowie gegebenenfalls Wärme werden direkt vor Ort mittels Mini-BHKW und / oder PV-Anlage erzeugt.
- Der vor Ort erzeugte Strom wird den Mietern besonders günstig angeboten.
- Öffentliches Stromnetz: Nicht verbrauchter Strom wird ins Netz eingespeist.
- Überschuss: Entsprechend der Gegebenheiten kann zu viel erzeugter Strom auch gespeichert werden.
- Eventuell benötigter Reststrom wird aus dem Stromnetz bezogen.
- Zuverlässige und transparente Abwicklung durch Einsatz von innovativen Messkonzepten.
Eigenstromerzeugung im Mehrfamilienhaus
Was ist Mieterstrom?
In einem Satz: Eigenstromerzeugung und -vermarktung in Mehrfamilienhäusern.
- Der vor Ort erzeugte Strom wird direkt im Objekt an die Kunden/Mieter vermarktet
- Die Stromerzeugung kann mit einem BHKW und/oder einer PV-Anlage erfolgen
- Häufig befindet sich die Stromerzeugungsanlage im Eigentum eines Contractors
Was sind die wichtigsten Gründe für Mieterstrom?
- Chancen für die einzelnen Marktteilnehmer anheben
- Teilhabe an der Energiewende
- Kostenersparnis für Mieter
- Aufwertung der Liegenschaft
Erfolgsfaktoren für
wirtschaftlichen Betrieb
- Die Liegenschaft muss ausreichend groß sein (d. h. niedrige spezifische Investitionen)
- Der Anteil der im Objekt verbleibenden Strommenge muss möglichst hoch sein
- Die laufenden Kosten für Abrechnung, Bilanzierung etc. müssen möglichst niedrig sein
- Mit zunehmender Umsetzung von Mieterstrom Senkung der laufenden Kosten möglich
Eine globale Aussage zur Wirtschaftlichkeit von Mieterstrommodellen ist nicht möglich, sondern hängt von vielen Faktoren ab (spez. Investitionen, Preise, Strom- und Wärmebedarf, Anzahl der Kunden, etc.). Die Wirtschaftlichkeit muss individuell für jedes einzelne Projekt berechnet werden.
Wirtschaftlich für
Mieter und Vermieter
Der Mieter profitiert …
- weil er erstmals die Vorteile der Energiewende selber nutzen kann.
- weil er die Energiewende aktiv unterstützen kann.
- weil er ein günstiges und preisstabiles Stromangebot bekommt.
Der Vermieter profitiert …
- weil sein vermieteter Wohnraum durch die Stromerzeugung vor Ort noch attraktiver wird.
- weil er durch den günstigen Strom die Vermietbarkeit seiner Wohnungen verbessert.
- weil er von der Planung bis zum Betrieb alles aus einer Hand bekommt.
- weil er das Risiko des „Mieterstrom-Modelles“ im Rahmen einer Contracting-Lösung an den Contractor weiter reichen kann.
Trinkwasser
Öffentliche Wasserversorgung nutzt nur knapp 3% der verfügbaren Wasserressourcen
Deutschland ist ein wasserreiches Land: Im langjährigen Mittel stehen pro Jahr 188 Milliarden Kubikmeter Wasser zur Verfügung. Die Wasserentnahme aller Wassernutzer beträgt 33,1 Milliarden Kubikmetern. Insgesamt werden gut 17% des jährlichen Wasserdargebotes dem Wasserkreislauf entnommen und diesem nach Gebrauch wieder zugeführt. Etwa 83% des Wasserdargebotes werden nicht genutzt.
Wasserversorgungsunternehmen fördern überwiegend Grundwasser
Grundwasser ist mit einem Anteil von 62,2% die überwiegend genutzte Ressource für die Wassergewinnung der öffentlichen Wasserversorgung in Deutschland. Die natürliche Grundwassererneuerung setzt dabei eine Grenze für die Wasserentnahme der Wasserversorgungsunternehmen. Zweite wichtige Ressource für die Trinkwassernutzung ist mit einem Anteil von 29,8% Oberflächenwasser einschließlich angereichertem und uferfiltriertem Grundwasser. Quellwasser ist frei zutage tretendes Grundwasser und trägt mit 8,0% zur Bedarfsdeckung bei.
Haushaltswasserverbrauch konstant
Im Zeitraum von 1990 bis 2017 hat sich der personenbezogene Wassergebrauch um 16% verringert. Der durchschnittliche Wassergebrauch der Bevölkerung betrug 2017 pro Einwohner und Tag 123 Liter.
65,3 Milliarden EURO seit 1990 investiert
Um den Verbrauchern jederzeit ein qualitativ hochwertiges Trinkwasser in ausreichender Menge anbieten zu können, investieren die Wasserversorgungsunternehmen kontinuierlich zur Erhaltung, Modernisierung und zum weiteren Ausbau der Versorgungsanlagen. Insgesamt sind von der öffentlichen Wasserversorgung im Zeitraum von 1990 bis 2016 65,3 Milliarden Euro in Wassergewinnung, Aufbereitung und Speicherung, in Wassertransport- und Wasserverteilungsanlagen sowie für Zähler und Messgeräte investiert worden. In Deutschland verfügt jedes an die öffentliche Wasserversorgung angeschlossene Wohngebäude über einen Wasserzähler.
Erdgasnetz
Unter dem Erdgasnetz wird das Rohrleitungssystem verstanden, welches zur Verteilung des Gases vom Erzeuger bis zum Verbraucher dient. Es wird dabei zwischen Hoch-, Mittel-, und Niederdruckleitungen unterschieden. Das Erdgasnetz kann zusätzlich zu seiner Verteilfunktion auch eine Speicherung des Erdgases, durch Druckerhöhung des im Rohrsystem befindlichen Gases, übernehmen. Das Erdgasnetz in Deutschland hat eine Länge von rund 500.000 Kilometern. Die Druckstufen im Gasnetz sind;
Niederdruck: bis einschließlich 100 Millibar
Mitteldruck: über 100 Millibar bis einschließlich 1 bar
Hochdruck: über 1 bar
2017 betrug der Erdgasverbrauch in Deutschland 994 Mrd. kWh.
Erdgasspeicher
Unter einem Erdgasspeicher versteht man einen zumeist unterirdischen Speicher in den, z. B. in abnahmeschwachen Zeiten, Erdgas aus dem normalen Verteilungsnetz eingespeist wird. Das gespeicherte Gas kann bei Bedarf wieder in das Versorgungsnetz eingespeist werden, womit die Versorgungssicherheit erhöht wird. Die 50 deutschen Untertage –Gasspeicher an 39 Standorten können gut 24 Mrd. m³ Arbeitsgas aufnehmen. Das entspricht einem Viertel der in Deutschland im Jahr 2017 verbrauchten Erdgasmenge. (Stand 2017)
Gastankstellen
Gastankstellen sind Anlagen zum Versorgen und Betanken der gasbetriebenen Fahrzeuge mit Treibstoff. Deutschlandweit gibt es ca. 860 Erdgas-Tankstellen. Heute ist an 126 Erdgastankstellen 100 Prozent Bio-Erdgas erhältlich. An jeder dritten der insgesamt rund 900 Erdgaszapfsäulen in Deutschland wird Bio-Erdgas beigemischt, sodass derzeit rein rechnerisch ein Anteil von 20 Prozent am vertankten Erdgas regenerativ ist. (Stand 2017)
Stromnetz
Rund 36 900 Kilometer Höchstspannungsleitungen vernetzen Deutschland. Dieses Stromnetz, das mit Spannungen von 220 und 380 Kilovolt betrieben wird, bildet die Grundlage für eine sichere Stromversorgung. Um vor allem die an Land und vor der Küste geplanten Windparks optimal in das Stromnetz zu integrieren und die Weiterleitung des dort erzeugten Stroms in die Verbrauchszentren zu gewährleisten, ist ein weiterer Ausbau erforderlich. Bis 2020 muss das Höchstspannungsnetz laut Studien der dena um bis zu 4.300 Kilometer ausgebaut werden, damit der Windstrom von Nord nach Süd fließen kann.
Spannungsebenen Stromnetz:
Niederspannung: bis einschließlich 1 Kilovolt
Mittelspannung: über 1 bis einschließlich 72,5 Kilovolt
Hochspannung: über 72,5 bis einschließlich 125 Kilovolt
Höchstspannung: über 125 Kilovolt
2017 betrug der Netto-Stromverbrauch in Deutschland 530 Mrd. kWh.
Wärmenetze
In Deutschland werden von den Wärmeversorgern 26.400 Kilometer Wärmetrassen und 100 Kilometer Kältenetze betrieben. Über 372.000 Fernwärmeanschlüsse wurden 5,7 Millionen Haushalte mit Fernwärme versorgt. (Stand 2017)
Im Jahr 2017 betrug die Nettowärmeerzeugung für die leitungsgebundene Wärmeversorgung über Wärmenetzsysteme in Deutschland rund 139 Mrd. kWh. Mit 60 Mrd. kWh (43 Prozent) wurde der größte Teil dieser Nah- und Fernwärme aus Erdgas erzeugt. Stein- und Braunkohle trugen zusammen rund 26 Prozent (36 Mrd. kWh) zur Erzeugung bei. Bereits 14 Prozent der Fernwärme werden aus Erneuerbaren Energien erzeugt.
In privaten Haushalten wird die Fernwärme zum größten Teil für Raumwärme genutzt. Der Wärmeverbrauch in der Industrie ist eher von konjunkturellen Entwicklungen abhängig; die Betriebe des Verarbeitenden Gewerbes nutzen Fernwärme und Fernkälte zumeist in Industrieprozessen. Im Sektor Gewerbe/Handel/Dienstleistungen spielt neben der Nutzung für Raumwärme auch die Verwendung zur Warmwasserbereitung und für weitere Heiz- und Kühlprozesse eine Rolle.
IKT-Infrastruktur
Aktuell besitzen bereits mehr als 75 Prozent der Haushalte in Deutschland einen Internet-Anschluss mit 50 Mbit/s oder mehr. Der Mobilfunkstandard LTE erreicht inzwischen sogar mehr als 95 Prozent der Haushalte. Noch schnellere Glasfaser-Direktanschlüsse (FTTB/H) sind immerhin schon für rund sieben Prozent der deutschen Haushalte verfügbar.
Um den Ausbau digitaler Hochgeschwindigkeitsnetze in Deutschland zu beschleunigen, haben Bundestag und Bundesrat dem vom BMVI entworfenen Gesetz zur Erleichterung des Ausbaus digitaler Hochgeschwindigkeitsnetze, kurz DigiNetz-Gesetz, zugestimmt. Bei neuen Straßen und Neubaugebieten müssen Glasfaserkabel künftig mitverlegt werden. Das gilt auch bei der Erschließung von Gewerbegebieten. Dabei sollen die Glasfaserkabel bis zu den einzelnen Gebäuden verlegt werden. (Quelle: BMVI, Februar 2019)
Viele kommunale Versorgungsunternehmen sowie die Energie- und Wasserwirtschaft treiben den Ausbau digitaler Infrastruktur insbesondere in ländlichen Regionen voran.
Abwasser
In Deutschland sind über 96 Prozent der Gesamtbevölkerung an die öffentliche Kanalisation angeschlossen.
Das heißt, das Abwasser der Haushalte wurde in der öffentlichen Kanalisation gesammelt - rund 540.723 Kilometer Abwasserkanäle - und in Kläranlagen geleitet. In öffentlichen Kläranlagen werden jährlich insgesamt etwa 10,07 Milliarden Kubikmeter Abwasser behandelt (Quelle: BMU, Februar 2019).
97 Prozent der kommunalen Abwässer in Deutschland werden mit dem höchsten EU-Standard behandelt, dies ist die biologische Behandlung mit Nährstoffelimination, das heißt die dritte Reinigungsstufe entsprechend der EU-Kommunalabwasserrichtlinie.
Die Entwicklung der Investitionen in der öffentlichen Abwasserbeseitigung steht in engem Zusammenhang mit der Weiterentwicklung der Anlagen zur Abwasserbeseitigung, also der Kanalnetze und der Kläranlagen. Technische Weiterentwicklungen finden gerade in der Abwasserentsorgung kontinuierlich statt. Das bewirkt auch einen weiterhin hohen Investitionsbedarf. Er lag in 2014 bei 4,8 Mrd. Euro (Quelle: Stat. Bundesamt & BDEW, 2016)
Wie funktioniert die Wasserversorgung?
Das Wasser zirkuliert in großen Kreisläufen auf der Erde. Es ändert dabei oft seine Form: Regen, Hagel oder Schnee bringen Wasser auf die Erdoberfläche, das sich in Seen, Flüssen, Meeren oder tief im Grundwasser sammelt. An warmen, sonnigen Tagen verdunstet Oberflächenwasser wieder und wird zu Niederschlag. So beginnt der Kreislauf erneut.
Die Wasserversorgung ist Teil des natürlichen Wasserkreislaufs. Dieser Kreislauf ist geschlossen, das heißt: Das Wasser wird nach dem menschlichen Gebrauch in Kläranlagen gründlich gereinigt, bevor es wieder in Fließgewässer eingeleitet wird. Im natürlichen Wasserkreislauf wird das Wasser durch die Natur gereinigt.
Trinkwasser wird in Deutschland in der Region gewonnen, in der es auch gebraucht wird – und zwar aus Grundwasser, Oberflächenwasser und Quellwasser.
2Oberflächenwasser
Schritt für Schritt
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Knapp ein Drittel unseres Trinkwassers in Deutschland stammt aus oberirdischen Gewässern wie Flüssen, Bächen und Seen. Oft wird das Oberflächenwasser mithilfe von Talsperren für die Trinkwasserversorgung gewonnen.
5Trinkwasser-Installation
Schritt für Schritt
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Die Wasserversorger liefern das Trinkwasser bis zur Übergabestelle im Haus. Diese befindet sich meistens im Keller. Von da an ist der Hauseigentümer für die Qualität der sogenannten Trinkwasser-Installation verantwortlich.
Die Trinkwasser-Installation, oft auch Hausinstallation genannt, umfasst alle Leitungen, Vorrichtungen und Armaturen zwischen Hauptabsperrvorrichtung und dem Punkt, wo das Wasser für den Gebrauch entnommen wird, zum Beispiel dem Wasserhahn.
Auch die letzten Meter beeinflussen die Qualität des Trinkwassers. Darum ist es wichtig, die Trinkwasser-Installation regelmäßig durch einen zugelassenen Installateur überprüfen und warten zu lassen.
2Uferfiltrat und Grundwasseranreicherung
Schritt für Schritt
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Uferfiltration ist Wassergewinnung aus Brunnen, die zu einem erheblichen Anteil aus einem nahe gelegenen Fluss oder See gespeist werden. Bei der Passage durch verschiedene Bodenschichten findet eine natürliche Filterung des Wassers statt. Bei der künstlichen Grundwasseranreicherung wird Oberflächenwasser über Sickerbecken oder -gräben in den Untergrund infiltriert. Hierdurch wird ebenfalls die Reinigungsleistung der Bodenpassage genutzt und die mögliche Entnahmemenge an Grundwasser gesteigert.
1Wasserschutzgebiet
Schritt für Schritt
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In den Bereichen um die Wassergewinnungsanlagen – zum Beispiel Brunnen und Talsperren – werden Wasserschutzgebiete ausgewiesen, um Verunreinigungen des Bodens und damit auch des Wassers von Anfang an zu vermeiden.
Wasserschutzgebiete bestehen aus bis zu drei Schutzzonen, in denen unterschiedliche Schutzbestimmungen gelten – je näher zur Entnahmestelle des Wassers, desto strenger die Bestimmungen.
2Grundwasser
Schritt für Schritt
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Zwei Drittel des Trinkwassers stammen in Deutschland aus Grundwasser aus einer Tiefe von bis zu 200 Metern. Zur Wassergewinnung werden tiefe Brunnen bis in die Grundwasser führenden Schichten gebohrt und das Wasser von dort gefördert.
3Wasserwerk
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Das geförderte Rohwasser aus Grundwasser, Oberflächenwasser oder Quellen wird ins Wasserwerk geleitet. Dort wird es kontrolliert und – wenn nötig – aufbereitet. Bevor das Trinkwasser über das Rohrnetz bereitsgestellt wird, wird es streng kontrolliert.
3Wasserwerk: Verwaltung
Schritt für Schritt
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Neben technischen Spezialisten beschäftigen die Wasserversorgungsbetriebe ein breites Spektrum an Fachleuten in der Verwaltung. Sie sind zuständig für die Erfassung und Abrechnung des Wassergebrauchs, beraten ihre Kunden, arbeiten in der Buchhaltung, kümmern sich um die Zusammenarbeit mit Kreisverwaltungen und Gesundheitsämtern, organisieren Kooperationen mit der Landwirtschaft und erledigen verwaltungstechnische Aufgaben.
3Wasserwerk: Labor
Schritt für Schritt
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Je nach Qualität des gewonnenen Rohwassers wird dieses in Wasserwerken unterschiedlich umfangreich aufbereitet. Dabei setzen die Wasserversorger weitgehend auf Verfahren, die der Reinung des Wassers in der Natur nachempfunden sind. In Deutschland regelt die Trinkwasserverordnung, was im Wasser enthalten sein darf und was nicht. Die Mitarbeiter im Wasserwerk prüfen das Trinkwasser regelmäßig und sorgen dafür, dass alle Werte der Trinkwasserverordnung eingehalten werden.
3Wasserwerk: Verteilung (Pumpen)
Schritt für Schritt
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Nach Reinigung und Kontrolle wird das Wasser mit elektrischen Pumpen in das Leitungsnetz gepumpt. Das Rohrnetz der öffentlichen Wasserversorgung in Deutschland ist ungefähr 530.000 Kilomenter lang. Aneinandergefügt würden diese Rohre 13 Mal um die Erde reichen. Damit Trinkwasser nicht unnötig verloren geht, kontrollieren die Wasserversorger dieses riesige Netz regelmäßig mit modernster Technik auf Schäden.
4Wasserspeicher
Schritt für Schritt
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Der durchschnittliche Wassergebrauch einer Stadt oder eines Dorfs verteilt sich nicht gleichmäßig über den Tag, sondern ist von der Tageszeit abhängig. Während in der Nacht kaum Wasser gebraucht wird, steigt der Wassergebrauch am Morgen, wenn viele duschen, stark an. Weitere Versorgungsspitzen sind in der Mittagszeit, am Feierabend, in der Pause eines Fußballspiels oder nach einem Spielfilm. Pumpen, Wasserwerke, Wasserspeicher und Leitungen müssen überall so groß dimensioniert sein, dass sie auch in Spitzengebrauchszeiten den Bedarf decken können.
Abwasserentsorgung (Kläranlage)
Überall fällt täglich unterschiedlich stark verschmutztes Abwasser an. Das in der Kanalisation gesammelte Abwasser fließt in Kläranlagen. Dort wird es in mehreren Stufen gereinigt. Das gesäuberte Wasser wird schließlich in einen Bach oder Fluss eingeleitet und gelangt so wieder in den natürlichen Wasserkreislauf.
1Pumpwerk
Schritt für Schritt
Das Abwasser gelangt unterirdisch über Kanäle zur Kläranlage. Häufig sind zunächst Pumpwerke erforderlich, um das Abwasser in die Kläranlage zu fördern.
Das Abwasser gelangt unterirdisch über Kanäle zur Kläranlage. Häufig sind zunächst Pumpwerke erforderlich, um das Abwasser in die Kläranlage zu fördern.
2Rechenanlage
Schritt für Schritt
In der mechanischen Reinigung werden feste Stoffe aus dem Abwasser entfernt. Im Rechen bleiben grobe Verschmutzungen hängen, zum Beispiel Äste, Zweige und Laub oder Hygieneartikel. Je nach Größe der Kläranlage gibt es mehrere Rechen mit unterschiedlich großen Durchlässen, also Grob- und Feinrechen. Das Rechengut wird gewaschen, entwässert und anschließend verbrannt.
In der mechanischen Reinigung werden feste Stoffe aus dem Abwasser entfernt. Im Rechen bleiben grobe Verschmutzungen hängen, zum Beispiel Äste, Zweige und Laub oder Hygieneartikel. Je nach Größe der Kläranlage gibt es mehrere Rechen mit unterschiedlich großen Durchlässen, also Grob- und Feinrechen. Das Rechengut wird gewaschen, entwässert und anschließend verbrannt.
3Sandfang
Schritt für Schritt
Hier wird die Fließgeschwindigkeit des Abwassers deutlich reduziert. Luft, die in das Becken eingeblasen wird, versetzt das Abwasser in eine Drehbewegung. Partikel stoßen dabei an die Beckenwände und fallen abgebremst zu Bochen. So setzen sich weitere grobe Verunreinigungen wie Sand, kleine Steine oder Glassplitter ab und werden über die sogenannte Sandfangrinne entfernt. Das Sandfanggut wird gewaschen und entwässert. Es eignet sich anschließend als Rohstoff zum Beispiel für den Straßenbau.
Hier wird die Fließgeschwindigkeit des Abwassers deutlich reduziert. Luft, die in das Becken eingeblasen wird, versetzt das Abwasser in eine Drehbewegung. Partikel stoßen dabei an die Beckenwände und fallen abgebremst zu Bochen. So setzen sich weitere grobe Verunreinigungen wie Sand, kleine Steine oder Glassplitter ab und werden über die sogenannte Sandfangrinne entfernt. Das Sandfanggut wird gewaschen und entwässert. Es eignet sich anschließend als Rohstoff zum Beispiel für den Straßenbau.
4Vorklärbecken
Schritt für Schritt
Die Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers wird weiter reduziert. So setzen sich leichtere Schlammteilchen am Beckenboden ab. Der Schlamm wird dann entzogen und, sofern vorhanden, in die Faultürme der Kläranlage transportiert. Stoffe, die leichter sind als Wasser, also Fette und Öle, sammeln sich an der Wasseroberfläche und werden mit dem Abstreifer entfernt.
5Belebungsbecken
Schritt für Schritt
In den Belebungsbecken wird das Wasser mit sogenanntem Belebtschlamm versetzt und belüftet. Belebtschlamm besteht aus Bakterien und anderen Mikroorganismen, die die im Abwasser gelösten organischen Stoffe, Phosphate und Stickstoffverbindungen abbauen.
6Nachklärbecken
Schritt für Schritt
In den Nachklärbecken hat der belebte Schlamm mehrere Stunden Zeit, sich abzusetzen. Den abgesetzten Schlamm schieben umlaufende Räumer vom Beckenboden in Schlammtrichter. Ein Großteil des Schlamms gelangt zurück in die Belebungsbecken. Das zurückbleibende klare Wasser wird ins Gewässer eingeleitet.
Übersicht
Wasserstoff – Ein Energieträger mit vielseitigen Anwendungen
Wasserstoff gilt als ein Energieträger der Zukunft. Er kann klimaneutral mithilfe regenerativ erzeugten Stroms produziert werden und eignet sich für Anwendungen in der Industrie, in der Wärme- und Stromerzeugung oder in der Mobilität. Außerdem macht er es möglich, regenerativ erzeugte Energie in bedeutenden Mengen zu speichern. Wasserstoff – das häufigste Element in unserem Universum – ist als chemisches Element in gebundener Form in nahezu allen organischen Verbindungen vorhanden. Wasserstoff ist 14-mal leichter als Luft, weder giftig, noch ätzend oder radioaktiv, enzündet sich nicht selbst und verbrennt mit farbloser Flamme rückstandsfrei.
Download: Factsheet Power-to-Gas
Nutzung
Best practice: Mercure MOA Hotel, Berlin
Emissionsfreie Heizung mit negativer CO2-Bilanz
Die Graforce GmbH ist ein Spezialist für nachhaltige und wirtschaftliche Wasserstofftechnologien. Das Unternehmen mit Sitz in Berlin-Adlershof hat neue Plasma-Anwendungen zur Herstellung von grünem Wasserstoff und Industriegasen aus Reststoffen entwickelt. Damit lässt sich das Energiepotenzial von organischen und anorganischen Verbindungen in industriellem Abwasser, Gülle, Kunststoff und Gasen nutzen. Das interdisziplinäre Graforce-Team aus Physikern, Ingenieuren und Konstrukteuren sieht in der Plasmalyse mit Strom aus erneuerbaren Energien eine Schlüsselkomponente zur Klimagasreduzierung.
MOA-H2eat: Anlagensystem zur Wärmeerzeugung mit negativer CO2-Bilanz
Das Projekt „MOA-H2eat“ ermöglicht dem Mercure Hotel MOA Berlin eine Wärmeversorgung mit negativer CO2-Bilanz. Mit dem energieeffizienten Verfahren der Methan-Plasmalyse wird Biomethan in Wasserstoff (H2) und Kohlenstoff (C) zerlegt.
Nutzung
Best practice: Bestandsgebäude, Augsburg
Dampfreformierung mit Carbon Capture & Storage
Die Stadtwerke Augsburg nutzten die Sanierung einer 1974 erbauten Wohnanlage, um ein richtungsweisendes Konzept zur dezentralen Erzeugung und Speicherung von elektrischer, thermischer und chemischer Energie in einem Reallabor zu testen.
Die Herausforderung bestand darin, die technisch komplexen Einrichtungen so zu verschalten, dass für die Bewohner ein ausfallsicheres Versorgungskonzept entsteht. Dazu wurden auf den Dächern PV-Anlagen installiert, deren Strom zum einen zur Versorgung der Mieter dient, zum anderen aber mit einem Elektrolyseur zur Herstellung von Wasserstoff in einer Power-to-Gas Anlage genutzt wird.
Dieser Wasserstoff wird anschließend zusammen mit Kohlendioxid in einem Reaktor methanisiert und wie Gas gespeichert, so dass es später in den ebenfalls neu installierten BHKW und Brennwertkesseln innerhalb der Wohnanlage genutzt werden kann, wenn die Sonne nicht scheint. Abgerundet wird das Anlagenkonzept von großvolumigen Wärmespeichern, die einen allumfassenden Anlagenwirkungsgrad bis zu 90 % ermögliche.
Nutzung
Best practice: Raffinerie Rheinland
Wasserstoff als Beitrag zur Energiewende
Die Rheinland Raffinerie benötigt jährlich rund 180.000 Tonnen Wasserstoff, der derzeit vor allem durch Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen wird. Die neue Anlage kann jährlich zusätzliche 1.300 Tonnen Wasserstoff produzieren, die vollständig in die Raffinerieprozesse integriert werden, beispielsweise für die Entschwefelung konventioneller Kraftstoffe.
Dr. Thomas Zengerly, Direktor der Shell Rheinland Raffinerie, betont: „Wir freuen uns, mit der Europäischen Union zusammenzuarbeiten und durch die Erprobung dieser Technologie am Standort Wesseling das künftige Energiesystem Europas mit zu entwickeln. Bei Erfolg besteht die Möglichkeit, dass diese Technologie in unserer Raffinerie erweitert und in anderen Produktionsstätten eingesetzt wird. Wir könnten dann auch Wasserstoff an Kunden außerhalb der Raffinerie liefern.“
Wasserstoff kann bei der Energiewende eine wichtige Rolle spielen. Heute wird Wasserstoff bereits bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen sowie in industriellen Anwendungen eingesetzt. Beim Transport kann Wasserstoff helfen, die Luftqualität vor Ort zu verbessern, da Brennstoffzellen-Fahrzeuge nur Wasserdampf ausstoßen. Wenn der Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird, trägt er dazu bei, die CO2-Emissionen des Straßenverkehrs zu verringern. Shell beteiligt sich an mehreren Initiativen zum Aufbau eines Wasserstoff-Tankstellennetzes in einer Reihe von Märkten, so auch in Deutschland.
Fakten
Ein Spektrum an Möglichkeiten
Eigenschaften von Wasserstoff
- gasförmig
- farblos
- geruchslos
- geschmacklos
- leichter als Luft (14 mal)
- ungiftig
- nicht ätzend
- nicht radioaktiv
- Verbrennungsprodukt ist Wasser
- entzündet sich nicht selbst
- Flamme leuchtet nur schwach
- häufigste Element im Universum
- tritt elementar als zweiatomiges Molekül auf
Fakten
Ein Spektrum an Möglichkeiten
Formen
Wasserstoff kann in verschiedenen Formen mit jeweils unterschiedlicher Energiedichte, Kapazität, Be- und Entladegeschwindigkeit sowie Qualität gespeichert werden:
- verdichtet (C-H2)
- flüssig (L-H2)
- adsorptiv (Zeolithe, MOFs)
- Chemisch gebunden (Metallhydride, LOHC)
Fakten
Ein Spektrum an Möglichkeiten
Wasserstoff / H2
| Heizwert |
3,00 kWh/Nm3 3,00 kWh/Nm3 10,79 MJ/m3 120 MJ/kg |
| Brennwert |
3,54 kWh/Nm3 39,40 KWh/kg 12,75 MJ/Nm3 141,85 MJ/kg |
| Dichte | 0,09 kg/m3 |
| Verbrennungsgeschwindigkeit in Luft | 265 cm/s |
| Siedepunkt bei 0,1013 MPa | -252,76 °C (20,390 K) |
| Spezifische Wärmekapazität | cp = 14,199 J/kg/K |
| Zündgrenze in Luft | 4,0 – 75,0 Vol.-% |
| Flammtemperatur bei 29% H2 in Luft | 2.318 °C |
| GWP100* | 6 |
| *(Global Warming Potential, 100 Jahre) | |
Fakten
Ein Spektrum an Möglichkeiten
Farben: Wasserstoff aus ...
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Natürlich vorkommender Wasserstoff oder Nebenprodukt aus Industrieprozessen |
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Dampfreformierung + Abscheidung + Speicherung/Verwendung |
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Pyrolyse + Speicherung/Verwendung |
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Elektrolyse (ggf. nur unter Einsatz von Strom aus Erneuerbaren Energien (EE) |
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Elektrolyse mit Kernenergie |
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Vergasung von Kohle |
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Elektrolyse mit Strommix |
Transport
Wasserstoff auf der Überholspur
Die Wasserstoffmobilität in Deutschland entwickelt eine zunehmende Dynamik. Auch die “Nationale Wasserstoffstrategie” enthält zahlreiche Maßnahmen, die dazu beitragen sollen, dass diese Mobilitätsanwendung ihre Potenziale entfalten kann. Ein Tankstellennetz befindet sich im Aufbau und umfasst derzeit 84 Standorte. Im Moment sind in Deutschland nur etwas mehr als 1000 wasserstoffbetriebene Pkw und eine geringe Anzahl von Bussen und anderen mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugen zugelassen. Großes Wachstumspotenzial besteht vor allem im Bereich des ÖPNV und des Schwerlastverkehrs. Wasserstoff als Kraftstoff bietet zum einen Emissionsvorteile bei Treibhausgasen, zum anderen werden auch keine lokalen Luftschadstoffe emittiert. Im Verkehrsbereich bestehen vor allem im Schienenpersonennahverkehr große Potenziale für den Einsatz von Wasserstoff. Rund 40 Prozent des deutschen Schienennetzes sind bislang nicht elektrifiziert und werden zum großen Teil noch von Dieselloks oder Dieseltriebwagen befahren. Durch diese werden rund 1,1 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr emittiert. Zukunftsorientierte Ausschreibungen der öffentlichen Hand und die Anerkennung erneuerbarer Gase und ihres Klimaschutzbeitrags, können ein Türoffner für den Einsatz von Wasserstoff sein.
Erzeugung
Erzeugung von Wasserstoff
Elektrolyse
Zerlegung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff
Der Chemiker Humphry Davy entdeckte bereits 1807 die Elektrolyse. Mit der Elektrolyse, einer (erzwungenen) Redoxreaktion, trennt man Stoffe bzw. Verbindungen mit Hilfe von elektrischem Strom. So auch bei der Elektrolyse von Wasser. Hier wird Wasser, also H2O, mit Hilfe von elektrischer Energie in seine Bestandteile Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 aufgespalten.
2 H2O → 2 H2 + O2M
Aufbau
Eine Elektrolysezelle besteht aus einer leitfähigen Flüssigkeit (Elektrolyt) und zwei Elektroden. Da reines Wasser nicht leitfähig ist, wird dem Wasser für die Wasserstoffelektrolyse beispielsweise Salz oder eine Säure zugefügt. Die mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbundene Elektrode wird als Anode bezeichnet. Die mit dem Minuspol verbundene Elektrode wird Kathode genannt. Wird an den Elektroden ein Gleichspannung angelegt, fließen die Elektronen von der Anode zur Kathode. An der Anode kommt es zu einem Elektronenmangel und an der Kathode zu einem Elektronenüberschuss.
Autopyrolyse von Wasser
Wasser unterliegt dem natürlichen Prozess der Autopyrolyse. Das bedeutet: Im Wasser bilden sich ständig und völlig unbeeinflusst Ionen: 2 H2O → H3O+ + OH-. Somit sind im Wasser positiv geladenen Ionen, Kationen (H3O+) und negativ geladene Ionen, Anionen (OH-) verfügbar.
Elektrolyseprozess
Die positiv geladenen Kationen (H3O+) bewegen sich zur negativ geladenen Kathode und nehmen dort Elektronen auf. Gleichzeitig wandern die negativ geladenen Anionen (OH-) zur positiv geladenen Anode und geben hier Elektroden ab.
Die Elektrolyse ist eine Redoxreaktion.
An der Kathode erfolgt die Reduktion: Die Oxonium-Ionen (H3O+) nehmen je ein Elektron auf und es bilden sich Wasserstoffmoleküle (H2): 2 H3O+ + 2 e- → H2 + 2 H2O
An der Anode erfolgt die Oxydation: Die Hydroxidionen (OH-) geben Elektronen ab und es bildet sich Sauerstoff (O2): 4 OH→ O2 + 2 H2O + 4e-
Aus beiden Reaktionsgleichungen ergibt sich zusammengefasst: 4 H3O+ + 4 OH- → 2 H2 + O2 + 6 H2O
Unter Berücksichtigung der Autopyrolyse ergibt sich: 2 H2O → 2 H2 + O2
Wasserstoff und Sauerstoff können getrennt aufgefangen und abgeleitet werden.
Wirkungsgrad
Da Wasserstoff ein Energieträger ist, wird so beim Prozess der Elektrolyse elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Die Aufspaltung von Waser mittels Elektrolyse ist mit einem Wirkungsgrad von über 70% ein sehr energieeffizienter Prozess.
Erzeugung
Erzeugung von Wasserstoff
Dampfreformierung
Die Dampfreformierung von Erdgas (steam methane reforming = SMR) ist der Standard-Prozess zur Bereitstellung von „grauem“ H2, der über 90 % der weltweiten H2-Produktion abdeckt. Die mehrstufige Reaktion zur Abtrennung von Wasserstoff (H2) aus Methan (CH4) läuft unter hohen Temperaturen ab. Dabei entsteht Kohlenstoffdioxid (CO2), das derzeit in der Regel in die Atmosphäre abgegeben wird.
Erzeugung
Erzeugung von Wasserstoff
Dampfreformierung mit Carbon Capture & Storage
Beim „blauen“ Wasserstoff wird der SMR-Prozess um eine CCS-Stufe ergänzt, die das beim SMR entstehende CO2 zu einem erheblichen Teil (> 75 %) abscheidet und lagert. In Norwegen wird abgeschiedenes CO2 vorwiegend in leere unterseeische Gasfelder in der Nordsee gepumpt, es sind aber auch andere dauerhafte Speicherwege bzw. die Nutzung des CO2 möglich.
Erzeugung
Erzeugung von Wasserstoff
Methan-Pyrolyse
Türkiser Wasserstoff wird ebenfalls aus Erdgas hergestellt, jedoch wird durch Pyrolyse das Methan (CH4) in einem Hochtemperaturreaktor in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Kohlenstoff (C)zerlegt. Es entsteht daher, anders als bei SMR, kein gasförmiges Kohlenstoffdioxid CO2, sondern fester Kohlenstoff, der gelagert oder genutzt werden kann, d.h. es ist auch keine CO2-Abscheidung notwendig. Im Vergleich zu SMR muss mehr Energie aufgewendet werden und der H2-Ertrag ist deutlich geringer, da der feste Kohlenstoff als Koppelprodukt knapp 40 % des CH2-Heizwerts enthält.
Je nach Prozess kommen verschiedene Katalysatoren zum Einsatz und es wird eine erhebliche Strommenge zur Aufheizung auf 800 – 900 °C benötigt.
Die Methanpyrolyse ist noch in der Entwicklung, es konkurrieren verschiedene Verfahren und Daten liegen aus ersten Pilot- und Demonstrationsprojekten vor Die ebenfalls in Entwicklung befindliche Plasmalyse benutzt Elektronenstrahlen in einem Plasma zur Aufspaltung des Methans.
H2 Ready
Optimal vorbereitet für die Energiezukunft
Bis zu 20 Prozent Wasserstoff sind bereits möglich
Heute sind ausreichend Geräte, wie aktuelle Brennwert- oder Hybridgeräte verschiedener Hersteller verfügbar, die für einen Betrieb mit einem Wasserstoffgehalt von bis zu 20 Vol.-% vorbereitet sind bzw. betrieben werden können. Bauherren und Modernisierer, die sich für einen solchen Wärmeerzeuger entscheiden, sind damit bestens vorbereitet für die bevorstehende Entwicklung unseres Energiesystems.
Geringer Aufwand bei „Upgrade“ auf 100 Vol.-% Wasserstoff
Was bedeutet eigentlich „H2-ready“ und können häusliche Gasgeräte heute und in Zukunft mit Wasserstoff betrieben werden? Antworten auf diese Fragen gibt das neue Factsheet. Es gibt außerdem Auskunft über das Regelwerk des DVGW und die wichtigsten Eigenschaften von Wasserstoff.
Factsheet H2-ready: Gut vorbereitet auf die Zukunft
Die innovativen „H2-ready“-Brennwertgeräte werden sich mit wenigen Handgriffen vom Betrieb mit Erdgas bzw. Erdgas/Wasserstoff-Gemischen auf den Betrieb mit reinem Wasserstoff umstellen lassen. Ein Umstellset und etwa eine Arbeitsstunde – und damit überschaubare Kosten – sollen hierfür erforderlich sein.
Überblick: Aktuelle Entwicklungen bei H2-ready-Heizungstechnologien
Der Einsatz von Wasserstoff in Heizgeräten ist ein wichtiges Beispiel für die Vielfalt der technologischen Möglichkeiten. Denn erneuerbare und dekarbonisierte Gase sind wesentliche Bausteine einer zukünftig klimaneutralen und resilienten Wärmeversorgung.
Einen Überblick der neuesten und zukunftsfähigsten Heiztechnologien geben namhafte Hersteller in den folgenden Kurzinterviews: