Kontrafunk aktuell vom 4. Januar 2024

Sind Wärmepumpen gut für die Umwelt? Es gibt Fälle, da ist die Lage relativ eindeutig. In Gegenden, wo man relativ viel heizt und dies ohnehin elektrisch tun würde, weil Strom preisgünstig und CO₂-arm zur Verfügung steht, da ist der Umstieg auf die Wärmepumpe eine Selbstverständlichkeit – man bleibt bei der gleichen Energiequelle, braucht aber nur einen Bruchteil davon und erreicht damit eine Einsparung, die die höheren Investitionskosten rechtfertigt, spätestens wenn die Neu- oder Ersatzinvestition ohnehin nötig wird. 

Typisch ist das für Länder in hohen und mittleren Breiten, die mit viel Platz und natürlichen Ressourcen für relativ wenige Einwohner gesegnet sind. Beispiele sind Norwegen (62 von 100 Haushalten haben Wärmepumpe) und Dänemark (mit 30 Prozent). Noch leichter fällt die Entscheidung, wenn in der dunklen Polarnacht Atomkraftwerke zusätzlich für stabile, preisgünstige und CO₂-arme Stromversorgung sorgen, wie in Schweden (39 Prozent) und Finnland (70 Prozent). Atomkraft macht Wärmepumpen auch dort sinnvoll, wo Strom selbst in dichtbesiedelten Ländern ohne CO₂-Emission produziert werden kann, wie in Frankreich (mit 15 Wärmepumpen-Haushalten von 100). Damit haben wir die Plätze 1 bis 4 und 6 unter den Einsatzländern benannt.

Auf Platz Nummer 5 liegt Italien mit 20 Wärmepumpen je 100 Haushalten. Hier ist keine der oben genannten Bedingungen erfüllt, aber es wird auch nur gelegentlich und insgesamt relativ wenig geheizt. Deshalb lohnt sich der Aufbau großräumiger Infrastruktur wie Gas- oder Fernwärmenetze definitiv nicht, und bei relativ geringen absoluten Verbrauchskosten ist der Komfort einer elektrischen Heizung gegenüber einem Kamin oder einer Öl- und Flüssiggasheizung sicher ein Vorteil. Für unser deutsches Energiewendewunderland wären solche idealen Bedingungen ein milder Winter mit einem Luftreservoir von 0 °C und ein gut gedämmtes Haus mit Fußbodenheizung, das mit 35 °C Vorlauftemperatur auskommt. 

Island verwendet übrigens kaum Wärmepumpen, denn Island heizt zu über 90 Prozent mit Erdwärme. Mancher Träumer sieht das als Modell für Deutschland, aber das ist surreal. In Island sitzen knapp 400.000 Menschen, also die Einwohnerschaft von Bochum oder Chemnitz, auf der Fläche der fünf ostdeutschen Bundesländer, und zwar mitten auf dem mittelatlantischen Rücken, mit direktem Draht zum glühenden Erdmantel. In Deutschland muss Erdwärme aus geologischen, geografischen und demografischen Gründen eine Marginalie bleiben.

Konzentrieren wir uns also auf die CO₂-Bilanz der Wärmepumpe, denn den durchschnittlichen Haushaltsstrompreis für 2024 oder später können auch die Weisesten von uns nicht vorhersagen, und so lässt sich über die Ökonomie letztlich nur spekulieren. 

Wärmepumpen heizen mit Umgebungswärme, das heißt sie kühlen die Umgebungsluft, den Boden oder das Grundwasser ab und übertragen die entzogene Wärme und die Wärme, die durch den Pumpaufwand selbst entsteht, auf den Wärmeträger unseres Heizungssystems oder direkt auf unsere Raumluft. Das allerdings geht nicht von allein, das würde den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verletzen. Der sagt sinngemäß: „Die Unordnung der Welt nimmt niemals ab, wenn sich irgendwas tut, nimmt sie unter dem Strich zu.“ Wasser fließt immer bergab und mischt sich dann mit anderen Wassern. Es kann sich nicht spontan in ein oberes und ein unteres Wasserreservoir aufteilen. Ein Ball fällt auf den Boden und erwärmt sich dabei ein wenig – nie würde er sich spontan abkühlen und mit der gewonnenen Energie von allein wieder hochspringen.

Die beiden Hauptsätze der Thermodynamik erscheinen uns als eherne Grundpfeiler unseres Wissenschaftsgebäudes. Es sind aber tatsächlich nur qualifizierte Mutmaßungen, entstanden aus alltäglichen Beobachtungen, sozusagen wissenschaftliches Gewohnheitsrecht. Sie wurden immer wieder anekdotisch experimentell betätigt und niemals widerlegt, obwohl das im Zuge der Jagd nach dem Perpetuum mobile erster und zweiter Art oft genug versucht wurde. Sie erscheinen plausibel, es gelang bisher nicht, sie zu falsifizieren, aber ebenso gibt es keinen Weg, sie eindeutig zu verifizieren oder aus anderen, bereits verifizierten Grundlagen des Wissenschaftsgebäudes zwingend herzuleiten. 

Immerhin gibt es außerhalb des öffentlich-rechtlichen Rundfunks praktisch niemanden mehr, der diese Hauptsätze in Frage stellt. Man kann sie – zumindest in bestimmten Bereichen – sogar quantifizieren und dafür heranziehen, die maximale mögliche Effizienz einer Wärmekraftmaschine – und nichts anderes ist eine Wärmepumpe – zu berechnen. Die wird ausgedrückt als COP, eine Arbeitszahl AZ, das Verhältnis der für die Heizung bereitgestellten Wärme in Kilowattstunden zur dafür aufgewandten elektrischen (bzw. mechanischen) Arbeit, ebenfalls in Kilowattstunden.

Die AZ hängt recht simpel von den Temperaturen der Wärmequelle (das Außenreservoir) und des Wärmeziels, zum Beispiel die Vorlauftemperatur einer Fußbodenheizung, ab. Nehmen wir also unser Idealbeispiel von vorhin: ein milder Winter mit einem Luftreservoir von 0 °C und ein gut gedämmtes Haus mit Fußbodenheizung, das mit 35 °C Vorlauftemperatur auskommt. Das ergibt eine AZ von 8,8 Kilowattstunden Wärme je Kilowattstunde Strom – allerdings unter der Voraussetzung einer perfekten Maschine, die wir noch nicht haben. Handelsübliche Wärmepumpen schaffen etwa die Hälfte des theoretischen Wertes, also um die 4,4. Der Anreiz, in eine Wärmepumpe anstelle der billigeren Infrarotheizung oder Heizlüfter zu investieren, ist dadurch natürlich auch geringer, aber hier greift der Staat mit Subventionen hilfreich ein.