Fernwärme, nun aber ohne CO2-Emissionen

In Innenstädten und anderen dicht bebauten Gebieten ist die Nutzung von Umweltwärme in unmittelbarer Nähe des Gebäudes oft nicht möglich: Für die Verlegung von Erdwärmesonden fehlt die Bodenfläche, während Platzprobleme oder Lärmschutz gegen eine Luft-Wasser-Wärmepumpe sprechen. In urbanen Gebieten ist daher Fernwärme für eine umweltfreundliche Energieversorgung oft die beste Wahl. Aktuell herrscht ein eigentlicher Boom beim Ausbau bestehender bzw. dem Bau neuer Fernwärmenetze. Dies gerade auch in Städten wie Basel und Zürich, die bis 2037 bzw. 2040 das Netto-null-Ziel erreichen wollen.

'Netto null' bedeutet in der praktischen Umsetzung, dass die Wärme für Gebäudeheizung und Warmwasser ohne Ausstoss von Treibhausgasen erzeugt werden muss. Um dies zu erreichen, müssten die Fernwärmenetze ohne fossile Energieträger auskommen. Heute stammt Fernwärme zwar oft von Kehrrichtverwertungsanlagen und Holzheizwerken, doch auch Erdgas kommt zum Einsatz, insbesondere zur Deckung von Spitzenbedarfen an kalten Wintertagen.

«Leider ist fossile Spitzenlastdeckung auch heute noch gang und gäbe, und ein Grossteil der Städte und Gemeinden, die neue Fernwärmenetze erstellen wollen, prüfen nicht einmal, ob es auch ohne fossile Energieträger ginge», sagt ZHAW-Professor Jürg Rohrer. Ein Irrweg, wie der Experte für erneuerbare Energien meint: «Die Wärmeerzeuger von Fernwärmenetzen haben eine Lebensdauer von 25, 30 Jahren. Wenn wir im Jahr 2050 bei 'netto null' sein wollen, muss der Bau solcher Systeme heute tabu sein.»

Rohrer hat zusammen mit einem Team der ZHAW-Forschungsgruppe Erneuerbare Energien und der Netto-Null Beratung GmbH untersucht, wie fossilfreie Fernwärmesysteme aussehen könnten und wie sie bezüglich Kosten abschneiden. Wenn die ZHAW-Forschenden von 'fossilfrei' sprechen, schliessen sie Holz und Biogas aus, denn diese Energieträger seien nur bedingt klimaneutral und zudem begrenzt, so dass sie besser für Prozesswärme eingesetzt werden sollten. Das Forschungsprojekt mit dem Kürzel 'DecaTherm' wurde vom BFE unterstützt.

Fernwärme hat ein grosses Potenzial. Sie könnte bis im Jahr 2050 je nach Studie 17 bis 22 TWh/a Wärme beisteuern, was 30 bis 40 Prozent des landesweiten Gebäudewärmebedarfs entspricht. Fernwärme hat also eine erhebliche Bedeutung; daher fällt es ins Gewicht, wenn für die Erzeugung auch nur teilweise fossile Energieträger eingesetzt werden, wie Jürg Rohrer betont: «Viele Leute denken, es seien im Jahresverlauf nur wenige Tage, an denen fossile Heizungen zur Spitzenlastdeckung eingesetzt werden. Tatsächlich sind es aber deutlich mehr: Untersuchungen zeigen, dass 20 bis 27 % der Jahresenergiemenge auf die Spitzenlast entfällt.» 

Nach Auskunft der DecaTherm-Studie würde ein «Weiter-wie-bisher» – also das Festhalten an der fossilen Spitzenlastdeckung auch bei neuen Fernwärmenetzen – im Jahr 2050 gesamthaft zu CO₂-Emissionen von 800'000 t CO₂ pro Jahr führen. Eine Menge, die dem Netto-null-Ziel klar widerspricht.

Doch es geht auch anders. Die DecaTherm-Studie hat schweizweit 38 Wärmewärmenetze untersucht, die ohne fossile Energien und ohne Biomasse auskommen. Als Wärmequellen dienen insbesondere Seewasser und Abwärme. Die darin enthaltene thermische Energie wird mit Wärmepumpen auf die erforderliche Temperatur gebracht. Die 38 Fernwärmenetze sind entweder schon realisiert oder geplant, oder für sie liegt eine Machbarkeitsstudie vor. Bereits Wirklichkeit ist ein fossilfreies Fernwärmenetz zum Beispiel in Horgen (ZH). Dort betreibt die AEW Energie AG seit 2012 den Wärmeverbund Horgen-Promenade, der aus dem Zürichsee mittels drei Wärmepumpen (Gesamtleistung: 745 kW) Heizwärme und Warmwasser für über 130 Wohnungen sowie 4'800 m2 Büro- und Gewerbeflächen bereitstellt. Eine Elektroheizung stellt für das Warmwasser im Störfall ein Backup bereit.

Ein Beispiel für ein geplantes fossilfreies Netz findet man in Thalwil: Dort soll ein bestehender Wärmeverbund, der Wärme aus der Abwasserreinigungsanlage (ARA) bezieht, in den kommenden Jahren zum 'Wärmeverbund Thalwil Süd' ausgebaut werden, betrieben durch die Stadt Thalwil und das Elektrizitätswerk des Kantons Zürich (EKZ). Im Endausbau sollen Gebäude mit 3'000 Personen versorgt werden. Neben der ARA-Wärme wird Wärme aus den Zürichsee genutzt und mit drei zentralen Gross-Wärmepumpen (insgesamt 6.8 MW Leistung) auf das erforderliche Temperaturniveau gebracht.

Im grossen Stil soll Fernwärme ohne fossile Energien in Zukunft am linken Seeufer in Luzern genutzt werden. Bis 2040 sollen mit einer Wärmeleistung von 70 MW rund 1'200 Gebäude versorgt werden. Als Wärmequelle dient der Vierwaldstättersee, für den Energietransfer werden drei Energiezentralen mit Wärmepumpen erwogen. Aktuell laufen mehrere Machbarkeitsstudien. Vorgesehen sind nach jetzigem Stand ein zentraler (300 m³) und zahlreiche dezentrale Wärmespeicher (insgesamt 3'300 m³). Auch eine leistungsstarke Gasheizung ist angedacht, nicht aber zur Spitzenlastdeckung, sondern als redundantes System, das bei Störfällen zum Einsatz kommt.

Fossilfreie Lösungen sind in der Fernwärme möglich, allerdings werden sie bisher erst selten umgesetzt. Der Grund dafür liegt gemäss einer Branchenumfrage, die im Rahmen des DeacTherm-Projekts durchgeführt wurde, bei der fehlenden Wirtschaftlichkeit. Wie hoch die Mehrkosten tatsächlich sind, wurde im Rahmen von DecaTherm auf Basis von realisierten Anlagen berechnet. Demnach liegen die Preise in fossilfreien Netzen bei heutigen Brennstoff- und CO₂-Preisen im Durchschnitt 22 % höher als in Netzen, bei denen die Spitzenlast fossil abgedeckt wird oder die mit Biomasse betrieben werden (18.20 Rp./kWh gegenüber 14.90 Rp./kWh). Diese Zahlen beziehen sich auf die Kosten in der Gebäudekategorie 'grosse Mehrfamilienhäuser'. Die einmaligen Anschlusskosten ans Fernwärmenetz sind in diesen Zahlen nicht enthalten.

Im fossilfreien Wärmeverbund Thalwil – um ein Beispiel zu nennen – liegt der Preis noch etwas höher. Hier kostet die Kilowattstunde in einem Mehrfamilienhaus 21,7 Rp. (für das Jahr 2024). Dazu sagt David Bühler, Leiter Kalkulation beim EKZ: «Ein solcher Preis ist für fossilfreie Wärmeenergie nicht unüblich. Wir haben auch andere Wärmeverbünde mit vergleichbaren Preisen. Nach unseren Erfahrungen sind Kundinnen und Kunden bereit, saubere Fernwärme zu diesem Preis zu nutzen.» Die DecaTherm gibt auch Hinweise, was unternommen werden kann, damit die Kosten nicht Überhand nehmen. Das Autorenteam empfiehlt den Einsatz von Wärmespeichern und/oder betriebliche Optimierungen.

Damit die Fernwärme mittelfristig ohne fossile Energien auskommt, seien in erster Linie Gemeinden und Städte in der Pflicht, sagt Jürg Rohrer: «Die Auftraggeber von Fernwärmenetzen müssen von Planern und Ingenieurbüros fossilfreie Lösungen einfordern, damit diese nicht aus Gewohnheit an gewohnten fossilen Anlagen wie einem ergänzenden Gaskessel festhalten.» Zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit verweist Rohrer auf pragmatische Lösungen, wie sie zum Beispiel im Wärmeverbund der Gemeinde La Punt Chamues-ch (Oberengadin) gewählt wurde: Dort hilft gemäss vertraglicher Abmachung eine mobile Heizung aus, sollten die beiden Wärmepumpen tatsächlich eines Tages ausfallen. Auch mit einer zusätzlichen Wärmepumpe lasse sich Redundanz schaffen, sollte ein Gerät wegen einer Störung oder Wartungsarbeiten ausfallen.