Perspektiven für die Wärmewende

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1 Weißbuch flüssige Energieträger Perspektiven für die Wärmewende

2 Roadmap flüssige Energieträger Der erste Schritt: Effizienz für die Wärmewende Seite 10 Die intelligente Verbindung: Hybridheizungen nutzen erneuerbare Energien Seite 14 CO 2 Politische Perspektiven Eine erfolgreiche Energiewende braucht eine sozialverträgliche Wärmewende. Flüssige Energieträger und flexible Hybridheizungen tragen dazu bei. Seite 22 2

3 WeiSSbuch flüssige Energieträger Heizölmarkt Produktion in Raffinerien, Logistik und Lagerung sowie Handel durch vorrangig mittelständische Unternehmen bieten Arbeitsplätze und generieren Steuereinnahmen. Seite 8 Energiewende Ein Drittel der in Deutschland benötigten Energie entfällt auf den Wärmesektor. Hier sind flüssige Energieträger von großer Bedeutung. Seite 6 Über IWO Als Institut für Wärme und Oeltechnik e. V. (IWO) arbeiten wir dafür, dass Heizen mit flüssigen Brennstoffen in Deutschland immer effizienter und zunehmend erneuerbar wird. Seite 4 Die grüne Perspektive: Innovative flüssige Energieträger Seite 18 Flüssige Energie für die Wärmewende effizient und hybrid für weniger Verbrauch flexibel einsetzbar auch bei wenig Wind und Sonne speicherbar und zunehmend erneuerbar 3

4 Wofür wir stehen Rund ein Drittel der in Deutschland benötigten Energie wird zur Wärmeerzeugung in Gebäuden genutzt. Um die Ziele der Energiewende zu erreichen, müssen die Energieeffizi enz und der Anteil der erneuerbaren Energien im Gebäudesektor gestei gert werden. Im Auftrag der deutschen Mineralölwirtschaft unterstützt das Institut für Wärme und Oeltechnik e. V. (IWO) dieses energiepolitische Ziel. In Deutsch land wohnt jeder Vierte in einem ölbeheizten Gebäude. Von den rund 5,6 Millionen Ölheizungen ist jede zweite älter als 20 Jahre und arbeitet oft ineffizient. Das Einsparpotenzial durch Heizungsmodernisierungen ist daher enorm. Gemeinsam mit Partnern aus Handwerk, Heizgeräteindustrie und Energie handel fördern wir die Sanierung von Ölheizungen mit Brennwerttechnik. Wir sind davon überzeugt, dass flüssige Energieträger aufgrund ihrer spezifischen Vorteile auch 2050 noch immer in den Zeiten gebraucht werden, in denen erneuerbarer Strom nicht ausrei chend zur Verfügung stehen wird. Deshalb unterstützen wir aktiv die Forschung an flüssigen treibhausgasreduzierten Brennstoffen. Stimmen der IWO-Vorstände Öl-Hybridheizungen können erneuerbare Energien wie Holz, Solarthermie und Ökostrom sinnvoll einbinden. Jan Petersen, TOTAL Deutschland GmbH Eine flexible Versorgung durch Heizölimporte und große Raffinerien gewährleisten eine hohe Versorgungssicherheit in Deutschland. Nikolaus Gehrs, Mabanaft Deutschland GmbH & Co. KG Mehr als mittelständische Mineralölhändler sowie die Energiereserve im heimischen Heizöltank bieten eine zuverlässige Versorgung. Martin Heins, UNITI - Bundesverband mittelständischer Mineralölunternehmen e. V. 4

5 WeiSSbuch flüssige Energieträger Dadurch können ihre Vorteile hohe Energiedichte, gute Speicherbarkeit und Transportfähig keit langfristig nutzbar bleiben. Wirtschaftlich betrachtet ermöglicht die Weiterentwicklung von flüssigen Energieträgern die weitere Nutzung der bestehenden Infrastruktur. So würden die in der Regel höheren Kosten für die Umstellung der Heizsysteme auf andere Energieträger vermieden und private Vermögenswerte, etwa in Form von Tankanlagen, erhalten bleiben. Die Verfügbarkeit alternativer flüssiger Energieträger kann darüber hinaus den erforderlichen Umfang des Netzausbaus verringern. Vor allem erfüllen sie perspektivisch die drei Energiewendeprinzipien: Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit. Dieses Weißbuch zeigt, wie die Potenziale der flüssigen Energieträger optimal genutzt werden können. Damit das gelingt, müssen flüssige Energieträger von Politik und Gesellschaft als Teil der Lösung akzeptiert werden. Dafür setzen wir uns ein. Jörg Debus Power-to-Heat in Hybridheizungen ist praxisgerechte Sektorkopplung. Damit könnten viele private Haushalte von der Energiewende direkt profitieren. Christiane Giesen, BP Europa SE In Deutschland nutzen 20 Millionen Menschen Heizöl zur Wärmeversorgung. Für sie braucht es einen bezahlbaren Einstieg in die Energiewende. Rainer Scharr, GKG Mineraloel Handel GmbH & Co. KG Wir forschen an Verfahren zur Herstellung treibhausgasreduzierter flüssiger Brennstoffe. Öl-Brennwertheizungen haben langfristig sogar eine klimaneutrale Perspektive. Jörg Debus, Vorstandsvorsitzender des IWO, Shell Deutschland Oil GmbH 5

6 Die Energiewende effizient und Deutscher Gebäudebestand nach Baujahr 19 Mio. insgesamt ca. Gebäude vor bis bis bis und später Quelle: destatis, laut Zensus 2011 Das Ziel: Klimaschutz stärken Die deutsche Regierung möchte bis 2050 die Treibhausgasemissionen um 80 bis 95 Prozent gegenüber dem Jahr 1990 reduzieren. Der dazu nötige Umbau des Energiesystems betrifft alle Bereiche. Der Gebäudesektor birgt großes Potenzial, denn ein Drittel des Energieverbrauchs entfällt auf die Raumheizung und Warmwasserbereitung in Gebäuden. Sektorkopplung: Zukünftig All-electric? Die derzeitigen Energiewendepläne sehen für den Gebäudesektor zukünftig eine vollständig strombasierte Energieversorgung vor. Dieser sogenannte All-electric-Ansatz beinhaltet vor allem die flächendeckende elektrische Wärmeerzeugung durch Strom-Wärmepumpen. In manchen Fällen ist deren Einsatz zwar denkbar, die Umsetzung scheitert aber häufig an den vergleichsweise hohen Investitionskosten sowie daran, dass Wärmepumpen für unsanierte oder teilsanierte Gebäude technisch nur eingeschränkt geeignet sind. Anstelle eines solchen Ansatzes sollten alle technischen Möglichkeiten zur Treibhausgasreduzierung genutzt werden. Erster Schritt: Effizienz im Gebäudebestand erhöhen Enormes Energieeinsparpotenzial liegt im Gebäudebestand. 74 Prozent der Häuser sind älter als 30 Jahre. Der Großteil davon verfügt weder über eine geeignete Gebäudedämmung noch über effiziente Heiztechnik. Nur fünf Prozent des Gebäudebestands entsprechen modernen Effizienzstandards. Die übrigen 95 Prozent müssen in den kommenden Jahren modernisiert werden. Gebäude energie- und kosteneffizient sanieren Um die Einsparpotenziale im Gebäudebereich voll auszuschöpfen, muss die Sanierung wirtschaftlich und energetisch sinnvoll durchgeführt werden. Die Wärmewende gelingt mit wirtschaftlichen und kosteneffizienten Modernisierungen von Heizungen. freiwilligen Investitionen durch gute Beratung. einer freien Wahl bei der eigenen Heiztechnologie. 6

7 WeiSSbuch flüssige Energieträger erneuerbar Das Kosten-Nutzen-Verhältnis muss für die Eigentümer attraktiv sein. Sind die Anforderungen zu hoch, droht eine finanzielle Überforderung und Sanierungen bleiben vielfach aus. Heizen: effizient hybrid erneuerbar Besonders kosteneffizient ist der Tausch einer alten Ölheizung gegen sparsame Öl-Brennwerttechnik. Diese einfache Modernisierung reduziert den Energiebedarf um bis zu 30 Prozent. Moderne Brennwertkessel können sofort oder später in einem Hybridheizsystem beispielsweise mit Solarthermie oder einem Holzkaminofen kombiniert werden, so mehr erneuerbare Energie einbinden und weiter Heizöl einsparen. Durch die Integration von bisher abgeregeltem erneuerbar erzeugtem Strom in den Wärmemarkt mithilfe flexibel zuschaltbarer elektrischer Heizelemente im Hybridsystem (Power-to-Heat/PtH), würde der Alter Heizkessel Brennwerttechnik erneuerbare Anteil noch weiter ausgebaut. Aber auch der Brennstoff selbst wird stetig weiterentwickelt und zunehmend treibhausgasreduzierter. Durch die Power-to-Liquid (PtL)-Technologie kann mithilfe erneuerbaren Stroms aus Wasser und Kohlendioxid flüssiger Brennstoff synthetisch hergestellt werden. Andere Ausgangsstoffe sind Bioabfälle (Waste-to-Liquid/WtL), Algenkulturen oder andere regenerative Kohlenstoffquellen (Biomass-to-Liquid/BtL). Diese so erzeugten flüssigen Energieträger können rein oder im Gemisch mit klassischem Heizöl in Heizungen zum Einsatz kommen. Perspektivisch kann so der Anteil neuer flüssiger Energieträger in Hybridheizungen sukzessive erhöht werden. Diese Vielfalt an Energiewendelösungen sollte vollständig genutzt werden. Dafür ist eine aktive technologieoffene und energieträgerneutrale Energiepolitik notwendig. Reduktion der Treibhausgase Die Energiewende gelingt nur technologieoffen. Eine sichere und zu jedem Zeitpunkt verlässliche Energieversorgung ist durch die Direktnutzung erneuerbaren Stroms allein nicht vorstellbar. Zum Ausgleich der Volatilität von Wind- und Sonnenenergie im saisonalen Maßstab werden auch künftig gasförmige und flüssige Energieträger benötigt. Diese werden zunehmend in Power-to-X-Verfahren aus erneuerbaren Quellen erzeugt. Treibhausgase Power-to-Heat, Holz, Solarthermie, Wärmedämmung Neue treibhausgasreduzierte Brennstoffe Manfred Greis, Präsident Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e. V. (BDH) EFFIZIENZ HYBRID BRENNSTOFF Zeit 7

8 Der Heizölmarkt in Deutschland Wärmeerzeuger in Deutschland insgesamt ca. 21Mio. Wärmeerzeuger 5,1 Mio. Öl-Kessel 0,5 Mio. Öl-Brennwertkessel 4,9 Mio. Gas-Brennwertkessel 8,7 Mio. Gas-Kessel 0,9 Mio. Biomasse-Kessel 0,8 Mio. Wärmepumpen Quelle: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e. V., Stand 2015 Die Heizung für jeden Geldbeutel Ölheizungen sind überwiegend in ländlichen Regionen installiert dort nutzen vor allem Ein- und Zweifamilienhausbesitzer dieses zuverlässige Heizsystem. Überall dort, wo keine Fernwärme- oder Gasnetze liegen, hat die Ölheizung ihren festen Platz. Aber auch wo es es Alternativen gäbe, schätzen viele Kunden die Vorteile der Ölheizung. Ölheizungsbetreiber können einen wichtigen Beitrag für die Energiewende leisten. Das Potenzial ist immens, denn nur eine halbe Million der insgesamt 5,6 Millionen Ölheizungen sind auf dem neuesten Stand der Technik und erreichen als Brennwertkessel die maximale Effizienz. Insgesamt werden 10 Millionen oder 26,3 Prozent aller Wohnungen mit Heizöl warm. Anders gerechnet: 20 Millionen Nutzer in Deutschland verlassen sich auf die bewährte Technik. Unabhängige Bevorratung Ölheizungsnutzer profitieren von der Bevorratung im eigenen Tank. Sie ermöglicht es ihnen, die tagesaktuellen Preisschwankungen am Heizölmarkt strategisch zu nutzen und besonders von günstigen Preislagen zu profitieren. Flexibler Einsatz Zur Unterstützung der Wärmeversorgung können neben der Ölheizung andere Energiequellen ins System eingebunden werden. So wird schon heute jedes dritte neue Öl-Brennwertgerät mit Solarthermie kombiniert ein Spitzenwert unter den Heiztechnologien. Deutschlandweit werden fast eine Million Ölheizungen gemeinsam mit einer Solarthermieanlage betrieben. Diese Kombination von speicherbarem Heizöl und regenerativer Sonnenenergie ist zukunftsweisend. Mineralöl wird vielseitig eingesetzt Mineralölversorgung ist gesichert Mineralöl ist ein wichtiger Wirtschaftsfaktor Stoffliche Nutzung (Kunststoffe, Medikamente, Chemikalien) Energetische Nutzung (Brenn- und Kraftstoffe) Gesetzliche Bevorratung (Versorgungssicherheit mit Mineralölprodukten für 90 Tage) Vorräte in privaten Heizöltanks Zehntausende Arbeitsplätze in Produktion, Handel, Geräteindustrie und Handwerk Energiesteueraufkommen 2015: 39,6 Mrd. Euro Steueranteil bei Heizöl (Energie- und Mehrwertsteuer) betrug 2016 durchschnittlich 28,6 Prozent 8

9 WeiSSbuch flüssige Energieträger Heizölmarkt in Deutschland Der Absatz von Heizöl geht kontinuierlich zurück. Seit 1996 fiel er von 38,4 Millionen Tonnen auf 15,8 Millionen Tonnen im Jahr 2016, obwohl die Anzahl der Ölheizungen mit einer Verringerung von etwa sechs auf aktuell 5,6 Millionen Anlagen fast konstant blieb. Hier zeigen sich die Einsparungen, die durch effizientere Gerätetechnik, bessere Gebäudedämmung und Aufklärungskampagnen der Mineralölwirtschaft bereits von Hausbesitzern umgesetzt wurden. Zehntausende Arbeitsplätze Heizöl sichert Arbeitsplätze meist mittelständische Mineralölhandelsunternehmen liefern zu jeder Jahreszeit zuverlässig Heizöl an die Verbraucher. Auch dann, wenn der Tank unerwartet leer ist. Auch in Raffinerien, in Tanklägern, im Energiehandel, im Handwerk sowie in der Heizgeräteindustrie schafft der Heizölmarkt Arbeitsplätze für zehntausende Menschen. Diese Wertschöpfungsketten bleiben erhalten, wenn flüssige Energieträger eine langfristige Perspektive haben. Raffineriestandorte in Deutschland Heide Lingen Hamburg Berlin Schwedt Gelsenkirchen Köln Leuna Dresden 31 Lieferländer (EU, GUS Staaten, OPEC) Frankfurt flexibler Transport (Bahn, Schiff, Tankwagen und Pipeline) Karlsruhe Ingolstadt München Vohburg Burghausen Rohöl verarbeitende Raffinerien Quelle: Mineralölwirtschaftsverband e. V. (MWV) 9

10 Der erste Schritt: Effizienz für die Wärmewende Modernisierung mit Brennwerttechnik Prinzip der Brennwerttechnik Ölzufuhr Luftzufuhr Wärmetauscher Heizungsvorlauf Heizungsrücklauf Kondensation des Wasserdampfes im Abgas Abgasleitung Die Energiewende stützt sich auf zwei Säulen: weniger Energie verbrauchen und den restlichen Bedarf aus erneuerbaren Quellen gewinnen. Um Energie einzusparen, ist es unerlässlich, die Effizienz der Geräte und Anlagen in allen Bereichen des Lebens und Wirtschaftens zu erhöhen so auch im Wärmemarkt. Einsparungen bis zu 30 Prozent Rund 2,9 Millionen Ölheizungen in Deutschland sind älter als 20 Jahre, knapp Anlagen davon leisten sogar schon seit mehr als 30 Jahren zuverlässig ihren Dienst. Diese Heizungen verbrauchen in aller Regel zu viel Energie. Allein der Austausch der alten Ölheizungen durch moderne Ölbrennwertheizungen senkt den Primärenergiebedarf und damit die Energiekosten um bis zu 30 Prozent. In gleichem Maße werden auch weniger Treibhausgase ausgestoßen. Einstieg in die Energiewende Da die Modernisierung mit Brennwerttechnik ein besonders gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis aufweist, stellt sie für viele Hausbesitzer einen finanziell machbaren Einstieg in die Energiewende dar. Die Investition für den Einbau der neuen Öl-Brennwertheizung in Höhe von rund Euro amortisiert sich innerhalb ihrer technischen Lebensdauer. Damit lohnt sich die Modernisierung nicht nur für die Umwelt, sondern auch für den Verbraucher. Moderne Heizkessel lassen sich nachträglich mit erneuerbaren Energiequellen wie Solarthermie, Holz oder Ökostrom zu einer Hybridheizung erweitern. Dass die Ölheizungsmodernisierung für sich sowie in Verbindung mit anderen energetischen Sanierungsmaßnahmen im Gebäude einen relevanten Beitrag zur CO 2 -Minderung leistet, zeigt die Abbildung auf Seite

11 WeiSSbuch flüssige Energieträger 100 % CO 2 -Emissionen von Ölheizungen in den letzten 20 Jahren mehr als halbiert Jährliche CO 2 -Emissionen (indexiert) 1997 rund 6 Mio. Ölheizungen 44 % 2016 rund 5,6 Mio. Ölheizungen Quellen: ZIV-Bericht, BAFA April 2017 Chance für die Energiewende Die Herausforderung liegt nun darin, mehr Eigentümer zur Erneuerung ihrer Heizung und zum Einbau von effizienter Brennwerttechnik zu motivieren, um schnell, dauerhaft und in nennenswertem Maßstab Energie in deutschen Heizungskellern einzu- sparen. Dazu bedarf es neben fundierter Information und Beratung auch einer verstetigten, technologieoffenen staatlichen Austauschförderung ohne verfrühte Ankündigungen eines Förderstopps. Technologievorgaben, etwa die Pflicht den Wärmebedarf mit erneuerbaren Energien zu decken, hemmen dagegen die Sanierungsbereitschaft der Eigentümer, da sie die geforderten Modernisierungsoptionen oft nicht mehr bezahlen können oder sich diese für die Modernisierer nicht mehr lohnen. Durch die fortlaufenden Veränderungen der Förderprogramme fehlt zudem die notwendige Investitionssicherheit. Brennwerttechnik ist hocheffizient, vielfältig mit Erneuerbaren kombinierbar und dabei vergleichsweise kostengünstig. Für viele die richtige Lösung. Friedrich Budde, Präsident Zentralverband Sanitär Heizung Klima (ZVSHK) Effizientere Technik Hybridheizung Neue flüssige Energieträger 11

12 Zentrale und dezentrale Heizsysteme In der Studie Dezentrale vs. zentrale Wärmeversorgung im deutschen Wärmemarkt wurden zentrale und dezentrale Energieversorgungsstrukturen in unterschiedlichen Gebäudestrukturen untersucht. Berücksichtigt wurde dabei die politische Zielstellung, möglichst viel Primärenergie einzusparen. Die Untersuchungen wurden von wissenschaftlichen Teams um Prof. Dr.-Ing. Bert Oschatz (ITG) sowie Prof. Dr. Andreas Pfnür (TU Darmstadt) erstellt. Die zentralen Ergebnisse der Studie: Der ökologische Vorteil ist von der Anlageneffizienz und der Primärenergie abhängig: Zur korrekten Bewertung ist daher immer eine Einzelfallbewertung der Wärmeversorgung notwendig. Ein abnehmender Wärmebedarf verschlechtert die Voraussetzungen für Wärmenetze: Durch die Verringerung des Wärmebedarfs in den angeschlossenen Gebäuden erhöht sich der Anteil der Netzverluste in den zentralen Systemen, da die absoluten Netzverluste konstant bleiben. Durch eine steigende Effizienz der Gebäude, zum Beispiel durch eine wirksame Gebäudedämmung, verschlechtern sich somit die Randbedingungen für Wärmenetze. Die konstanten Netzkosten und die gleich hohen Energieverluste würden die Preise pro Kilowattstunde erhöhen. Investitionen in Energiesparmaßnahmen sind daher für Nutzer von Wärmenetzen weniger attraktiv. Das Ergebnis der in der Studie untersuchten repräsentativen Gebäudestrukturen zeigt, dass die dezentrale Versorgung gegenüber einer zentralen Versorgung günstiger ist: Mit der gleichen, in jedem Fall begrenzten, Investitionssumme können bei dezentralen Systemen daher deutlich höhere Energieeinsparungen erreicht werden, da die Energieeinsparung für jeden eingesetzten Euro höher ist. Empfehlungen der Studienautoren Technologie- und Energieträgerneutralität in Rahmengesetzgebung und Förderung gewährleisten Fördereffizienz zur Auflösung des Sanierungsstaus sicherstellen Wirtschaftlichkeit von Wärmenetzplänen vor Umsetzung prüfen Eigentümer und Verbraucher über zentrale und dezentrale Wärmeversorgung neutral informieren Quelle: Pfnür et al. (2016): Dezentrale vs. zentrale Wärmeversorgung im deutschen Wärmemarkt Vergleichende Studie aus energetischer und ökonomischer Sicht. Die Untersuchung repräsentativer Gebäude zeigt: Die Sanierung von Einzelheizungen trägt kosteneffizienter zur Erreichung der energiepolitischen Ziele der Bundesregierung bei als ein Anschluss an Wärmenetze. Prof. Dr. Bert Oschatz, Geschäftsführer ITG Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden 12

13 WeiSSbuch flüssige Energieträger Energetische Gebäude- sanierung: Welche Maßnahme bringt wie viel? Dachdämmung % Solarthermie Fassadendämmung % Hybridheizung auf Basis einer Öl-Brennwertheizung, optional Einbindung von Solarthermie und Kaminofen Kaminofen bis % bis 50 % Pufferspeicher Öl-Brennwertgerät Kosten Primärenergieeinsparung Quellen: IWO-Auswertung von zehn Einfamilienhaussanierungen, IWO-Beispielrechnung zum Vergleich von Heizsystemen im Modernisierungsfall Kellerdeckendämmung % Fenster- und Türenaustausch % Effizientere Technik Hybridheizung Neue flüssige Energieträger 13

14 Hybridheiz ungen n mehr erneuerbare Die intelligente Verbindung: Hybridtechnologie Ölheizung kombinierbar mit Kaminofen Ölheizung kombinierbar mit Solarthermie Ölheizung kombinierbar mit Photovoltaik Effizient kombiniert: Heizöl und erneuerbare Energien Die Nutzung regenerativer Energiequellen zur Wärmeversorgung ist in Deutschland auf gutem Weg. Das Ziel für den Wärmebereich, ein erneuerbarer Anteil von 14 Prozent bis 2020, wird voraussichtlich erreicht werden. Bemerkenswert ist: Mehr als die Hälfte aller Ölheizungsbesitzer nutzt neben Heizöl zusätzlich eine erneuerbare Energiequelle, vor allem Holz (Kaminofen) und Solarthermie. Das ergab eine Umfrage der Gesellschaft für Konsumforschung (GfK) unter Heizungsbesitzern im Oktober Weit verbreitet ist die Ergänzung von Brennwerttechnik durch Solarkollektoren, die Wärmeenergie für die Raumheizung und Warmwasserbereitung liefern, sobald die Sonne scheint. Hybridheizungen sparen CO 2 -Emissionen Eine Solarthermieanlage kann im Sommer die komplette Warmwasserbereitung abdecken und bei entsprechender Auslegung auch die Raumbeheizung unterstützen. Das senkt den Heizölverbrauch und zugleich die Treibhausgasemissionen. Deutschlandweit sind ca. 2,24 Millionen Solaranlagen installiert, rund davon zusammen mit einer Ölheizung. Aktuell wird fast ein Drittel aller neuen Ölheizungen mit einer Solarthermieanlage kombiniert. Mit Pufferspeichern gut gekoppelt Modernisierer und Bauherren können mehrere Wärmequellen in einer Hybridheizung kombinieren. Das verbindende Element ist dabei immer der Pufferspeicher. Er nimmt die Wärme auf und speichert sie solange, bis sie im Haushalt benötigt wird. 14

15 WeiSSbuch flüssige Energieträger utzen Energien Die Erweiterung des Heizungssystems kann auch schrittweise erfolgen. In der Praxis ist die Heizungssanierung mit moderner Öl-Brennwerttechnik vielfach der Ausgangspunkt für die spätere Erweiterung zum Öl-Hybridsystem. Nutzung erneuerbaren Stroms zum Heizen Neben Holz und Solarwärme kommt erneuerbar erzeugter Strom aus Photovoltaikanlagen als weitere Energiequelle in Hybridsystemen infrage. Überschüssiger Strom, der nicht für andere Verbraucher im Haus benötigt oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird, kann mit geringem technischen Aufwand zur Wärmeerzeugung verwendet werden. Diese sogenannte Powerto-Heat (PtH)-Technologie besteht aus einer Hybridheizung mit Pufferspeicher, die um ein elektrisches Heizelement erweitert wird. Flüssiger Brennstoff als Partner Heizöl ist ein zuverlässiger Partner für erneuerbare Energien. Hybridheizungen, die Heizöl mit erneuerbarem Strom, Solarwärme oder Biomasse kombinieren, garantieren eine sichere Versorgung vor allem dann, wenn die erneuerbaren Energien gerade nicht verfügbar sind. Schon heute sind in energetisch sanierten Häusern mit hybriden Heizanlagen Primärenergieeinsparungen von 80 Prozent und mehr möglich. Keine Belastung der Stromnetze Die Hybridheizungen haben gegenüber monovalenten Strom-Wärmepumpen einen wichtigen Vorteil: Da sie für die Sicherung der Wärmeversorgung nur sehr wenig Strom benötigen, verursachen sie keine Erhöhung der benötigten Residuallast, die durch konventionelle Kraftwerke zu garantierende Erzeugungskapazität im Stromnetz. Hybridheizungen mit Potenzial für neue Brennstoffe Die Forschung arbeitet an Verfahren zur Herstellung neuer treibhausgasreduzierter flüssiger Energieträger. Diese können dann die bis dahin in Hybridheizungen noch fossil erzeugte Wärme schrittweise ersetzen. Die Öl-Brennwerttechnik erhält damit eine klimaneutrale Perspektive. Hybridheizungen mit Brennwerttechnik sind damit ein Bestandteil der Energiewende. Sie leisten einen wichtigen Beitrag zur Effizienzsteigerung und zur Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien im Wärmemarkt. Effizientere Technik Hybridheizung Neue flüssige Energieträger 15

16 Mit der Hybridheizung zur Sektorkopplung Kopplung: Strom & Wärme Die Verknüpfung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien mit den Sektoren Wärme und Verkehr ist ein wesentliches Element der Energiewende. Dafür werden aktuell Optionen für die Nutzung von grünem Strom in diesen Sektoren bewertet, um geeignete Rahmenbedingungen zu schaffen. Eine Option ist Power-to-Heat (PtH). Sektorkopplung mit PtH Die PtH-Technologie kann die bisher abgeregelten Strommengen aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen einfach und kostengünstig in Öl-Hybridheizsysteme einbinden etwa über einen Heizstab, der in den Pufferspeicher integriert ist. Gleichfalls möglich, wenn auch teurer, sind hybride Lösungen aus Brennwertgerät und Wärmepumpe. Durch eine intelligente Steuerung bezieht die Heizanlage in beiden Varianten nur dann Strom, wenn Windkraft- oder Photovoltaikanlagen so viel davon produzieren, dass Überschüsse entstehen, die bislang nicht sinnvoll genutzt, sondern durch Abregelung unterbunden werden. PtH-Systeme würden so zur Lösung einiger Probleme der Energiewende beitragen: Sie können als flexibel zuschaltbare Lasten einen wertvollen Beitrag zur Senkung der Treibhausgasemissionen und zur Stabilisierung der Stromversorgung leisten. Des Weiteren könnten die Entschädigungszahlungen an Produzenten erneuerbaren Stroms deutlich sinken, da dieser nicht mehr abgeregelt werden muss, sondern sinnvoll genutzt werden kann. Außerdem benötigen PtH-fähige Öl-Hybridheizungen im Gegensatz zu monovalenten Strom-Wärmepumpen keine zusätzlichen Reservekraftwerke für die Zeiten, in denen nicht ausreichend Energie aus Wind und Sonne verfügbar ist. PtH-Praxistest In mehreren bewohnten Einzelobjekten hat IWO diese Technologie bereits erfolgreich getestet. Im Ergebnis wurde nicht nur Heizöl gespart, sondern auch Erlöse aus dem Regelenergiemarkt generiert. Die praktische Umsetzbarkeit der Kopplung von Strom- und Wärmemarkt in Bestandsgebäuden wurde damit zum ersten Mal erprobt. Die Investitionsmehrkosten bei einer anstehenden Heizungsmodernisierung für den Einbau der PtH-Technik belaufen sich dabei auf rund Euro. Virtuelle Kraftwerke Um das Potenzial der Erneuerbaren durch Power-to-Heat in der Breite aufzuzeigen, baut IWO gemeinsam mit der Erneuerbaren-Unternehmensgruppe ARGE Netz ein Modellprojekt auf. In Schleswig-Holstein wird eine größere Anzahl ölbeheizter Gebäude als Modellregion mit der PtH-Technologie ausgerüstet, um sie im Erneuerbaren Kraftwerk von ARGE Netz zu koppeln. Das nördlichste Bundesland bietet aufgrund großer Mengen abgeregelten Stroms dafür besonderes Potenzial. Wir schaffen technologieoffene und CO 2 -reduzierende Lösungen zur Sektorkopplung, um z. B. erneuerbare Strommengen in Hybridheizungen einzubinden. Dr. Martin Grundmann, Geschäftsführer ARGE Netz GmbH & Co. KG 16

17 WeiSSbuch flüssige Energieträger Nutzung bisher abgeregelter Strommengen in Hybridheizungen CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 Strommix Power-to-Heat wird genutzt, wenn viel erneuerbarer Strom verfügbar ist Energiemanager (fernbedienbar) Pufferspeicher (mit elektrischem Heizelement) Öl-Brennwertgerät Energiespeicher Heizöl Effizientere Technik Hybridheizung Neue flüssige Energieträger 17

18 Die grüne Perspektive: Innovative flüssige Energie Flüssige Energieträger bleiben unverzichtbar Vorteile nutzen Kosten sparen Flüssige Brennstoffe gewährleisten dank ihrer einfachen Speicherbarkeit und flexibler Transportwege eine effiziente und sichere Energieversorgung. Um diese Vorteile langfristig nutzen zu können, wird an weiteren Innovationen gearbeitet. Denn mit neuen, zunehmend klimaschonenden flüssigen Energieträgern kann insbesondere im Gebäudebereich eine flächendeckende Wärmeversorgung sichergestellt werden, ohne dass dafür hohe Investitionen in Infrastruktur und neue Heizgeräte nötig sind, wie es bei einer All-electric-Lösung der Fall wäre. Neue Entwicklungen für weniger Emissionen Die aktuelle Heizölnorm erlaubt heute schon den Einsatz von hydrierten Pflanzenölen und hydrierten Altspeisefetten. Gemäß erster Untersuchungen sind Zumischungen bis 50 Volumenprozent anscheinend technisch machbar. Dies ist jedoch nur ein Anfang. Für die Zukunft geht es darum, das Potenzial alternativer Brennstoffe zur Treibhausgasminderung noch deutlich zu steigern. Durch die Fokussierung auf Algen, Reststoffe, Holz, Stroh und andere geeignete Rohstoffquellen wird eine Nutzungskonkurrenz zu Nahrungsmitteln bewußt vermieden. Schritt für Schritt vorangehen Bei der Entwicklung neuer flüssiger Energieträger werden verschiedene Ansätze verfolgt, um eine maximale Reduktion von Treibhausgasemissionen zu erzielen. Grundsätzlich geht es dabei um die Herstellung synthetischer flüssiger Kohlenwasserstoffe aus den unterschiedlichsten regenerativen Quellen (X-to-Liquid/XtL). Ziel ist die Entwicklung marktfähiger, innovativer Brennstoffe, die dem bisherigen Heizöl in höheren Anteilen beigemischt werden und dieses langfristig sogar ganz ersetzen können. Energiemix der Zukunft Der Einsatz innovativer flüssiger Brennstoffe bringt die Energiewende gleich doppelt voran: Zum einen erhalten Öl-Brennwertheizungen dadurch langfristig eine klimaneutrale Perspektive. Zum anderen werden die neuen Energieträger, dank der einfachen Speicherbarkeit in den hauseigenen Tankanlagen, auch künftig immer dann bereit stehen, wenn eine direkte Nutzung erneuerbarer Energiequellen nicht möglich ist. Dies gewährleistet eine dauerhafte Versorgungssicherheit für Millionen Haushalte und ermöglicht den Verzicht auf die Bereithaltung teurer Reservekraftwerke und ggf. erforderlicher zusätzlicher Infrastrukturinvestitionen. 18

19 WeiSSbuch flüssige Energieträger X-to-Liquid (XtL)-Verfahren Unter X-to-Liquid wird die Herstellung synthetischer flüssiger Kohlenwasserstoffe aus den unterschiedlichsten Kohlenstoffquellen verstanden. Wasserstoff kann dabei entweder aus erneuerbarem Strom erzeugt werden oder befindet sich in gebundener Form bereits in den Rohstoffen. Die einzelnen Grundverfahren lassen sich dabei auch kombinieren und mit vorhandenen Industrieprozessen wie der Zementherstellung verknüpfen. Power-to-Liquid (PtL) Das PtL-Verfahren erzeugt mithilfe von regenerativ erzeugtem Strom flüssige Energieträger. Durch Elektrolyse wird Wasserdampf in H 2 und O 2 zerlegt. Unter Druck entsteht aus dem H 2 und beigemischtem CO 2 eine Flüssigkeit aus Kohlenwasserstoffverbindungen. Diese lässt sich ähnlich wie Mineralöl in einem Raffinerieprozess unter anderem zu Heizöl veredeln. Nicht nur für Verbraucher, auch für die heutigen Mineralöllieferländer eröffnet die PtL-Technologie neue Perspektiven. Vor allem in Ländern mit stabil hoher Sonneneinstrahlung bietet es sich an, auf (Wüsten-)Flächen Photovoltaikanlagen zu installieren. Die gewonnene Energie kann durch PtL-Verfahren gespeichert und in seiner flüssigen Form einfach und sicher transportiert werden. Biomass-to-Liquid (BtL) Zur Entwicklung emissionsarmer flüssiger Energieträger ist auch die Nutzung von Algen oder Pflanzenresten sowie anderen Abfallstoffen wie Kunststoffresten im Biomassoder eben Waste-to-Liquid (BtL/WtL)- Verfahren ohne Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion möglich. Dabei wird durch die Pyrolyse (thermische Zersetzung unter Luftabschluss) dieser regenerativen Kohlenstofflieferanten Pyrolysegas bzw. -öl gewonnen. Vor allem Pyrolyseöl zeichnet sich durch eine besonders hohe Energiedichte und einfache Speicher- sowie Transportierbarkeit aus. Die Pyrolyseprodukte könnten z. B. anschließend in der Chemieindustrie und in Raffinerien als Rohstoff eingesetzt werden. Algen sind dabei nur ein Beispiel für die sogenannte dritte Generation der Biomasse. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie keine landwirtschaftlichen Flächen benötigt und auch nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht. Power-to-Liquid (PtL) Sauerstoff O 2 Wasserstoff H 2 erneuerbarer Strom Kohlendioxid CO 2 Elektrolyse Wasser H 2 O Kohlenwasserstoffe C x H y u. a. Kerosin, Heizöl Chemikalien Wasser H 2 O Gas-Synthese und Fischer-Tropsch-Synthese Effizientere Technik Hybridheizung Neue flüssige Energieträger 19

20 Nachgeforscht: X-to-Liquid- Technologien der Zukunft Dr.-Ing. Thomas Kuchling, Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, TU Bergakademie Freiberg Für die Energiewende und den Klimaschutz können zukünftig CO 2 -reduzierte flüssige Energieträger einen Beitrag leisten. Herr Dr. Kuchling, was darf man sich darunter vorstellen? Flüssige Kraft- und Brennstoffe werden auch zukünftig einen signifikanten Beitrag für die Energieversorgung leisten müssen, damit die Energiewende gelingen kann. Um die gewünschte CO 2 -Minderung zu erreichen, müssen die fossilen Kohlenstoff- und Wasserstoffquellen schrittweise durch regenerative Rohstoffe ersetzt werden. Wir arbeiten intensiv an der Entwicklung neuer Produkte und den entsprechenden Herstellungsprozessen. In einem aktuellen öffentlich geförderten Projekt gewinnen Sie aus Algen synthetische CO 2 -neutrale Kraft- und Brennstoffe. Sind das die Kraft- und Brennstoffe der Zukunft? Algen sind nur eine mögliche Option. In einer aktuellen Studie werden vielfältige Pfade für neue Kraft- und Brennstoffe untersucht und bewertet. Dazu zählt auch die Herstellung synthetischer Produkte auf der Basis land- und forstwirtschaftlicher Restund Abfallstoffe (Holz, Stroh) bzw. von Kohlendioxid und grünem Wasserstoff. Dieser kann aus Wasser unter Einsatz von Wind- und Sonnenstrom generiert werden. Aber auch biogene Öle können nach einer chemischen Aufbereitung das Angebot an CO 2 -reduzierten flüssigen Energieträgern ergänzen. Das klingt vielversprechend, bisher gibt es diese Kraft- und Brennstoffe nicht. Warum ist das so? Das liegt weniger an der Technik als an den momentan noch höheren Herstellungskosten und vor allem an den verfügbaren Rohstoffressourcen. Die Technologien zur Veredelung von Kohle und Biomasse sind schon lange bekannt; Benzin aus Kohle herzustellen ist sozusagen ein alter Hut. Doch benötigt man für diese neuen synthetischen Kraft- und Brennstoffe große, sehr große Mengen an regenerativem Kohlen- und Wasserstoff, um den riesigen Bedarf zu decken. Und diese Ressourcen müssen zudem ja auch nachhaltig sein. Erneuerbare Energien sind nicht per se nachhaltig, wie meinen Sie das? Die Konkurrenz der energetischen Nutzung biogener Rohstoffe zur Nahrungsmittelproduktion steht häufig in der Kritik. Zunehmend wird man mit beispielsweise Algen, Restholz, Stroh oder gebrauchten Altspeisefetten neue Ressourcen erschließen müssen. Wenn es nun aber zur Elektrifizierung und Sektorkopplung kommt, warum brauchen wir dann noch synthetische Kraft- und Brennstoffe? Bei der Diskussion über die Deckung des zukünftigen Energiebedarfes darf die Dimension dieser Aufgabe nicht außer Acht gelassen werden. Für eine vollständige Elektrifizierung des Verkehrs und des Wärmemarktes müssten zusätzlich rund TWh Strom bereitgestellt und verteilt werden, also etwa das 7,5-fache der heute regenerativ erzeugten Menge. Die Substitution des Kohle- und Kernstroms ist dabei noch nicht eingerechnet. Die dafür erforderliche Infrastruktur ist heute ebenso wenig verfügbar wie langstreckentaugliche, ausgereifte und preisgünstige Batterien als Stromspeicher. Mit flüssigen Kraft- und Brennstoffen dagegen kann die vorhandene Technologie und Infrastruktur weiterhin genutzt werden aus volkswirtschaftlicher Sicht ein immenser Vorteil. Die Nutzung von grünem Wasserstoff für die Synthesen ermöglicht die chemische Speicherung von fluktuierend anfallender erneuerbarer Energie und erleichtert somit die Energiewende in der Stromwirtschaft. 20

21 WeiSSbuch flüssige Energieträger Beispielhafte Forschungsprojekte für neue flüssige Energieträger in Deutschland RWTH Aachen Aachen Fraunhofer UMSICHT Oberhausen Forschungszentrum Jülich Jülich TU Bergakademie Freiberg Freiberg BTU Cottbus-Senftenberg Cottbus Sunfire GmbH Dresden Karlsruher Institut für Technologie Karlsruhe BtL Biomass-to-Liquid PtL Power-to-Liquid TU München Ottobrunn Projekt Pfad Produkt Rohstoffe Institution AlgenFlugKraft BtL Kraft- und Brennstoffe Algen TU München AUFWIND BtL Kraft- und Brennstoffe Algen Forschungszentrum Jülich BioMates BtL Zwischenprodukte Stroh, Gräser Fraunhofer UMSICHT Mikroalgen zu Kraftstoffen BtL Zwischenprodukte Algen, H 2 TU Bergakademie Freiberg, Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg STFplus-Anlage in Kopernikus P2X PtL Kraftstoffe grüner Strom, H 2 O, CO 2 TU Bergakademie Freiberg Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse BtL Kraft- und Brennstoffe Lignocellulosen, Restholz RWTH Aachen bioliq -Pilotanlage BtL Kraft- und Brennstoffe u.a. Stroh, Restholz Karlsruher Institut für Technologie Sunfire PtL Blue Crude (Erdöl-Substitut) grüner Strom, H 2 O, CO 2 Sunfire GmbH Effizientere Technik Hybridheizung Neue flüssige Energieträger 21

22 Flüssige Energieträger bieten Per Alle Lösungswege für die Energiewende nutzen Die Energiewende stellt eine Herausforderung für alle Beteiligten dar, wobei einige Fragestellungen zurzeit noch nicht vollständig beantwortet werden können. Die Erforschung innovativer flüssiger Energieträger eröffnet neue Möglichkeiten, um erneuerbare Energien auch langfristig zu speichern, ohne teure neue Infrastrukturen. Damit die konventionellen, aber auch die innovativen Lösungsansätze für die Energiewende vollständig umgesetzt werden können, müssen alle Zweige der Energieforschung offen und vor allem attraktiv bleiben so auch für flüssige Energieträger. Eine Vorfestlegung auf eine All-electric-society beschränkt die Lösungswege auf rein strombasierte Technologien und könnte damit in vielen Fällen die Umsetzung der ökonomisch sowie ökologisch besten Maßnahmen behindern. Wir setzen uns daher für eine technologieoffene Förderung der Forschung an Technologien zur Treibhausgasemissionsminderung und für eine ideologiefreie Energiepolitik ein. Technologieoffen bleiben Verbraucher sollten auch künftig frei wählen können, welchen Energieträger sie zur Wärmeerzeugung nutzen wollen, denn Einschränkungen in der Technikauswahl blockieren andernfalls umgesetzte Modernisierungen und verhindern so die entsprechenden Energieeinsparungen. Daher darf es keine übermäßigen Regulierungen wie die Diskriminierung von heute noch fossiler Brennwerttechnik und keine Anschlusszwänge an Wärmenetze geben. Schon eine moderne Brennwertheizung spart viel Energie. Übrigens: Auch Heizöl und Gas sollen in Zukunft grüner werden. Spannende Entwicklungen, die wir mehr in den Blick nehmen sollten. Andreas Kuhlmann, Vorsitzender der Geschäftsführung Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) Fast jede zweite Öl- oder Gasheizung ist älter als 20 Jahre. Das Effizienzlabel für Bestandsanlagen wird mithelfen, die Sanierungsquote zu steigern und die Einsparpotenziale zu heben. Oswald Wilhelm, Präsident Bundesverband des Schornsteinfegerhandwerks (ZIV) Energiesparmaßnahmen müssen für Hausbesitzer wirtschaftlich sinnvoll sein. Zu hohe Anforderungen schaden der Investitionsbereitschaft. Kai Warnecke, Präsident Haus & Grund Deutschland 22

23 WeiSSbuch flüssige Energieträger spektiven, darum Modernisierungen fördern Das Bewertungskriterium für Förderprogramme sollte die Höhe der Energieeinsparungen sein. Damit würde das vorrangige Ziel verfolgt, Primärenergie einzusparen, denn auch erneuerbare Energien sind nur begrenzt verfügbar. Um jedem Modernisierer unter Beachtung der Finanzierbarkeit die optimalen Einsparungen zu ermöglichen, sollten alle technischen Varianten förderfähig bleiben. Vor allem hinsichtlich der Entwicklung zunehmend treibhausgasreduzierter Brennstoffe birgt die Brennwert- und Hybridheiztechnik enormes Potenzial. Power-to-Heat Potenziale vollständig nutzen Die effektive Einbindung von Power-to-Heat-Hybridanlagen in deutschen Heizungskellern ermöglicht die gezielte Nutzung andernfalls abgeregelten erneuerbaren Stroms zur Wärmeversorgung, ohne die Residuallast zu erhöhen. Um mehr erneuerbare Energien in die Wärmeversorgung einzubinden, sollten die Abgaben und Entgelte auf den bisher abgeregelten Strom reduziert werden. So wird der Einsatz dieser Strommengen wirtschaftlich attraktiv. In virtuellen Kraftwerken gebündelt, könnten private Haushalte Stromnetze entlasten und gleichzeitig den Anteil erneuerbarer Energie im Wärmebereich erhöhen. Dies wiederum reduziert den Heizölverbrauch und damit auch die CO 2 -Emissionen. Als Hybridsysteme würden sie in Zeiten geringer erneuerbarer Stromerzeugung auf den flüssigen speicherbaren Energieträger zurückgreifen. Die Kombination von Öl-Brennwerttechnik mit erneuerbaren Energien ist für mich eine gute Lösung, zumal ich dabei auch Überschussstrom nutzen kann. Rolf-Dieter Reuter, Hauseigentümer und Teilnehmer am IWO-Power-to-Heat-Feldtest Öl-Brennwerttechnik ist die ideale Basis für Hybridheizungen, die erneuerbare Energien einbinden und zukünftig mit treibhausgasreduzierten Brennstoffen betrieben werden können. Gerade im ländlichen Raum sind Hybridsysteme für Millionen Menschen ein bezahlbarer Einstieg in die Energiewende. Die Förderung effizienter Brennwerttechnik infrage zu stellen ist daher nicht zielführend. Adrian Willig, Geschäftsführer Institut für Wärme und Oeltechnik e. V. (IWO) 23

24 Für eine erfolgreiche Energiewende Technologieoffen fördern Innovationen ermöglichen Wettbewerb erhalten Herausgeber: Institut für Wärme und Oeltechnik e. V. (IWO) Süderstraße 73 a Hamburg Telefon (040) Fax (040) info@iwo.de Veröffentlichung: Juli 2017 Bildnachweis: Institut für Wärme und Oeltechnik e. V.