Wasserstoff-Heizungen: Zahlt sich das für die Wärmewende aus?

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Die Gaswirtschaft pocht darauf, dass die Wärme­wende nur mit Grün­gas-Heizung zu schaffen ist. Doch wichtige Ar­gu­men­te bröckeln längst. Wür­den Grüngas-Heizungen denn zumindest stark auf die Klimaziele einzahlen? Ein Planspiel geht dieser Frage nach.

Wenn man es sich sehr einfach macht, sind Grüngas-Heizungen die einfachste und perfekte Methode, um die Klimaziele im Gebäudesektor zu erreichen. Durch eine chemische 1:1-Substitution über Biomethan oder synthetisch hergestelltes Methan kann fossiles Erdgas (H) zu 100 % ersetzt werden, ohne dass an den Kundenanlagen auch nur ein Handgriff erforderlich ist.

Parallel dazu könnte man auch mindestens 10 Vol.-% Wasserstoff und mit überschaubarem Aufwand vermutlich sogar bis zu 30 Vol.-% beimischen. Der Haken an der Methode: Es stehen zurzeit und auch auf absehbare Zeit Biomethan, synthetisch hergestelltes Methan und Wasserstoff für eine breite Anwendung nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung und sind momentan deutlich teurer als fossiles Erdgas.

Würde man die jährlich erforderlichen 591 000 Mustergebäude-Äquivalente (siehe unten) auf 65-%-EE-Gas umstellen, müsste die EE-Gas-Einspeisung um rund 8,2 TWh/a steigen. Zum Vergleich: 2022 wurden rund 10,5 TWh vom „erneuerbaren Alleskönner im Gassystem Biomethan“ in Deutschland in das Erdgasnetz eingespeist. Die Menge verändert sich seit Jahren kaum, obwohl ein Potenzial von 100 TWh/a bis 2030 gesehen wird.

Spiel auf Zeit

Die Gaswirtschaft spielt also auf Zeit – erst Biomethan dann Wasserstoff – bzw. hofft auf eine Zeit, in der sich die Randbedingungen für grüne Gase verbessern, beispielsweise durch eine zwangsweise Substitution aufgrund gesetzlicher Vorgaben und sinkende Preise. Bisher ist ihre Argumentation recht arrogant:

Werden nicht möglichst alle Verteilnetze an eine Wasserstoffversorgung angeschlossen, werde „eine sichere und bezahlbare Wärmeversorgung vieler Haushalte in weite Ferne rücken“ und – das darf natürlich nicht fehlen – „der Wirtschaftsstandort Deutschland gefährdet“. Je nach Kontext wird ergänzt, dass mit Wasserstoff-Heizungen auch die energetische Ertüchtigung des Gebäudebestands entfallen könne.

Dass für das Erreichen der Klimaziele und auch aus vielen guten anderen Gründen der Gebäudebestand fortlaufend sowieso energetisch ertüchtigt wird, darf man getrost als Fakt ansehen. Bezogen auf ein einzelnes Gebäude muss das nicht unbedingt stimmen, allerdings gibt es bei jedem Gebäude mehrere Optionen. Einige davon werden in den nächsten Jahren ohnehin anstehen, andere gelten bereits heute als sehr wirtschaftlich.

Wenn ein System für sich erst in der Zukunft erschließbare Einsparpotenziale beansprucht, sollte man im Vorfeld darlegen, zu welchem Zeitpunkt dies in welchem Umfang möglich ist. Die Gaswirtschaft hat sich bisher wenig Mühe gegeben, dies zu konkretisieren. Insofern soll nachstehend ein Zeitfenster aufgezeigt werden, ab dem eine Gas-Heizung auch unter bestmöglichen Bedingungen in der Summe nicht mehr unter den Treibhausgasemissionen einer Wärmepumpe bleiben kann.

Argumente der Gaswirtschaft bröckeln

Als in Theorie und Praxis belegt darf heute gelten, dass für die überwiegende Mehrheit aller Wohngebäude, wo eine leitungsgebundene Wärmeversorgung nicht absehbar ist, die Beheizung mit einer Wärmepumpe bei akzeptabler Energieeffizienz ohne umfassende zusätzliche Modernisierungsmaßnahmen ausschließlich und bei Gebäuden mit sehr ungünstigen Voraussetzungen zu einem deutlich überwiegenden Teil möglich ist.

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Zudem liegen zahlreiche Kostenanalysen mit (fast) immer dem gleichen Ergebnis vor: Eine ab 2024 (und auch im Jahr 2023) erneuerte Gas-Heizung wird langfristig höhere Gesamtosten als eine Wärmepumpen-Heizung aufweisen. Ein wichtiger Faktor ist dabei allerdings die staatliche Bezuschussung über die Bundesförderung für effiziente Gebäude.

Ende März 2024 hat dies Der Spiegel in einem „S+“-Artikel auf Basis von Berechnungen des Analyse- und Beratungsunternehmens Prognos aufgezeigt. Grundlage war hier ein 50-%-Zuschuss für die Wärmepumpe (15 000 Euro), deren gesamte Einbaukosten um den Faktor 2,67 höher als für eine neue Gas-Heizung und deutlich über 30 000 Euro lagen (ein nicht spezifizierter Anteil wurde für Umfeldmaßnahmen zur Effizienzoptimierung angesetzt). Der Vergleich erfolgte in drei Szenarien, unter anderem mit „niedrigen Energie- und CO₂-Preisen): In allen drei Szenarien war eine Gas-Heizung (JN = 0,93) insgesamt teurer als eine Heizungsanlage mit elektrischer Wärmepumpe (JAZ = 3,0) – obwohl sogar pessimistisch angenommen wurde, dass die Wärmepumpe schon nach 15 Jahren und die Gas-Heizung erst nach 20 Jahren ausgetauscht werden muss.

Die Argumente der Gaswirtschaft bröckeln also ab: Eine Gas-Heizung ist langfristig in der Regel nicht günstiger und es gibt im Normalfall keine gebäudetechnische Notwendigkeit, dass für die Wärmeversorgung eine Gas-Heizung aufgrund der hohen Temperaturanforderungen geboten ist.

Beitrag der Gas-Heizung zu den Klimazielen

Wenn Wirtschaftlichkeit – aus der Sicht des „egoistischen“ selbstnutzenden Gebäudeeigentümers – und technische Erfordernis aus der Argumentation fallen, bleibt neben einer volkswirtschaftlichen Betrachtung und einer Notwendigkeit aufgrund fehlender Umsetzbarkeit von Alternativen der Beitrag zum Erreichen der Klimaziele übrig.

Würden grüne Gase, die ohne Treibhausgasemissionen inklusive der Vorketten auskommen, für eine breite Anwendung zur Verfügung stehen, wäre die Gas-Heizung zurzeit einer mit Netzstrom angetriebenen Heizungs-Wärmepumpe klar überlegen. Mit zunehmender Abschwächung gilt dies auch in den nächsten Jahren, solange noch bei der Strombereitstellung Treibhausgasemissionen entstehen.

Eines der wichtigsten Worte in § 3 KSG ist: schrittweise. Wenngleich sich die Bundesregierung bisher davor drückt, ein verbleibendes nationales Budget an Treibhausgasemissionen zu benennen, gibt es einen sehr klar umrissenen Pfad für die zulässigen Jahresemissionsmengen bis zum Jahr 2030 und aufgrund logischer Zusammenhänge auch für die Jahre danach.

Der Beitrag einer Heizungsanlage zum Erreichen der Klimaschutzziele ist also nicht nur, ab dem Jahr 2045 nicht mehr zum Klimawandel beizutragen, sondern bis zu diesem Zeitpunkt einen möglichst kleinen Teil des verbleibenden Treibhausgas-Budgets zu beanspruchen. Für den Vergleich unterschiedlicher Heizungssysteme sind deshalb die bis 2044 / 2045 kumulierten Treibhausgasemissionen der richtige Vergleichswert.

Mustergebäude

Für den Vergleich wird ein Mustergebäude mit einem Nutzwärmebedarf („ab Heizungskeller“) von 20 000 kWh/a angenommen. Es wird weiterhin angenommen, dass der Nutzwärmebedarf aufgrund von kleineren Modernisierungsmaßnahmen und aufgrund des Klimawandels um 300 kWh/a um insgesamt 25 % auf 15 000 kWh/a bis 2044 sinkt. Diese Annahme bevorteilt tendenziell die Gas-Heizungs-Varianten.

Der Nutzwärmebedarf wird jeweils zu 100 % über eine Gas-Heizung mit einem Jahresnutzungsgrad (JN) von 0,93 (brennwertbezogen) oder eine Heizungs-Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 2,7 bereitgestellt. Die festgelegten Nutzungsgrade bevorteilen tendenziell die Gas-Heizungs-Varianten.

Mustergebäude-Äquivalente: Der Gasabsatz im Segment „Privathaushalte und Wohnungsgesellschaften“ von 267 TWh/a im verbrauchschwachen Jahr 2023 lässt sich mit dem Gasverbrauch des Mustergebäudes auf eine Fallzahl von 12,415 Mio. Mustergebäude umrechnen. Die gleichmäßige Umstellung des Gasabsatzes würde dann 591 000 Mustergebäude-Äquivalenten entsprechen. (Der BDH geht von 14,1 Mio. installierten Gas-Heizungen für das Jahr 2022 aus.)

Für die Gas-Heizungs-Varianten werden bei den Treibhausgasemissionen nur die verbrennungsbezogenen CO₂-Emissionen für den fossilen Anteil mit 181,39 g/kWh (bezogen auf den Brennwert) berücksichtigt. Für die grüne Gase wird ein Emissionsfaktor von 0,0 g/kWh angenommen, was bisher nicht gefordert und auch unrealistisch ist. Die Betrachtung ist ein absichtlicher deutlicher Vorteil für die Gas-Heizungs-Varianten.

Beim Emissionsfaktor für Strom werden für den Startpunkt hingegen die Treibhausgasemissionen in der gesamten Vorkette berücksichtigt. Startpunkt ist der aufgrund der Energiekrise hohe Wert von 498 g/kWh Jahr 2022.
● Für Pfad „1: linear“ wird dieser linear (2024: 455 g/kWh) bis auf null im Jahr 2045 gemindert.
● Für Pfad „2: pessimistisch“ werden ein erhöhter Startwert im Jahr 2024 von 479 g/kWh und ein Restwert im Jahr 2044 von 50 g/kWh angenommen.
● Pfad „3: optimistisch“ geht von einem Startwert im Jahr 2024 von 421 g/kWh und einer linearen Minderung auf bis 2035 auf 100 g/kWh und ab dann von einer ebenfalls linearen Minderung auf 25 g/kWh bis zum Jahr 2045 aus.

Die drei Pfade beanspruchen nicht die Qualität eine Prognose. Gegenüber den Ankündigungen der Bundesregierung sind alle drei Pfade zurückhaltend und bevorteilen damit tendenziell die Gas-Heizungs-Varianten.

JV

Heizungsvarianten

Gas; JN=0,93; 65%EE: Da grüne Gase für eine breite Anwendung nicht zur Verfügung stehen, ist nur ein theoretischer Vergleich mit dieser Heizungs-Wärmepumpe möglich. Aufgrund der hohen Preise für grüne Gase wird für den theoretischen Vergleich analog zu den Anforderungen im Gebäudeenergiegesetz ein Tarif mit 65-%-EE-Anteil angenommen. Ein 100-%-EE-Gastarif, bei dem der Brennstoff vollkommen klimaneutral zur Verfügung gestellt wird, ist zurzeit für eine relevante Fallzahl unrealistisch.

Gas; JN=0,93; Erdgas: Diese Heizungsvariante entspricht einer 2023 eingebauten Heizung bzw. einer ab 2024 eingebauten Gas-Heizung, die das H2-Privileg (GEG 2024) in Anspruch nehmen kann und erst zum 1. Januar 2045 auf Wasserstoff umgestellt wird.

Gas; JN=0,93; EE-Hochlauf: Betreiber einer mit einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff beschickten Heizungsanlage, die ab 2024 und bevor die Wärmeplanung offiziell vorliegt, eingebaut wird und keine 65-%-EE-Anforderung erfüllt, müssen ab 2029 mindestens 15 %, ab 2035 mindestens 30 % und ab 2040 mindestens 60 % der mit der Anlage bereitgestellten Wärme aus Biomasse oder grünem oder blauem Wasserstoff einschließlich daraus hergestellter Derivate erzeugen („EE-Hochlauf“ oder „Grüne-Brennstoff-Quote“).

WP; JAZ=2,7; 1: linear: Die Heizungs-Wärmepumpe wird 2024 installiert und die Treibhausgasemissionen für den Stromeinsatz werden mit dem Pfad „1: linear“ bilanziert.

WP; JAZ=2,7; 2: pessimistisch: Die Heizungs-Wärmepumpe wird 2024 installiert und die Treibhausgasemissionen für den Stromeinsatz werden mit dem Pfad „2: pessimistisch“ bilanziert.

WP; JAZ=2,7; 3: optimistisch: Die Heizungs-Wärmepumpe wird 2024 installiert und die Treibhausgasemissionen für den Stromeinsatz werden mit dem Pfad „3: optimistisch“ bilanziert.

Ergebnisse

Die Heizungsvariante „WP; JAZ=2,7; 3: optimistisch“ weist mit 25,1 t CO₂-Äquivalent (CO_2e) die geringsten Treibhausgasemissionen auf. Die nur eingeschränkt einsetzbare Variante „Gas; JN=0,93; 65%EE“ liegt mit 25,1 t CO_2e im Rahmen der für sie günstigen Annahmen gleichauf. Kommt sie mit einem Jahr Verzögerung zum Einsatz, beträgt der Unterschied bereits 4 t CO_2e.

Die Heizungsvarianten „Gas; JN=0,93; Erdgas“ und „Gas; JN=0,93; EE-Hochlauf“ weisen mit 71,7 bzw. 54,5 t CO_2e signifikant höhere Treibhausgasemissionen als die beiden Wärmepumpen-Varianten „WP; JAZ=2,7; 2: pessimistisch“ mit 37,8 t CO_2e sowie „WP; JAZ=2,7; 1: linear“ mit 34,0 t CO_2e auf.

JV

Schlussfolgerungen

● Der Vergleich kann aufgrund der getroffenen (vereinfachenden) Annahmen nur Tendenzen und grundlegende Verhältnisse aufzeigen. Die Annahmen wurden überwiegend zugunsten der Gas-Heizungs-Varianten gewählt.

Eine Ausnahme ist, dass für den Wärmepumpenstrom der Emissionsfaktor im Strommix angenommen wurde. Hier darf man auch zu anderen Überlegungen kommen, beispielsweise dass für den zuletzt zugebauten Stromverbraucher insbesondere „schmutzige“ Stromerzeuger betrieben werden müssen sowie saisonale und tägliche Unterschiede im Strommix. Diese Betrachtung betrifft aber heute nur noch einen kleinen und sich stetig verringernden Anteil des Strombedarfs einer Wärmepumpe. Dynamische Stromtarife und netzorientierte Dimmung dürften diesen Trend künftig noch verstärken. Ebenso könnte man argumentieren, dass Wärmepumpen häufig mit neuen Photovoltaik-Anlagen kombiniert werde und so indirekt die Emissionen im Strommix verringern. Nachstehend werden die Gas-Heizungs-Varianten überwiegend mit den beiden ungünstigen Strommix-Pfaden vergleichen.

● Obwohl der Vergleich mit deutlichen Vorteilen für die Gas-Heizungs-Varianten erfolgt, beanspruchen sie (mit Ausnahme der Variante „Gas; JN=0,93; 65%EE“) einen wesentlich größeren Anteil des verbleibenden Treibhausgas-Budgets als die Wärmepumpen-Varianten mit pessimistischer Jahresarbeitszahl von 2,7. Anmerkung: Würde 65-%-EE-Gas in großen Mengen und preislich attraktiv für eine relevante Menge an Heizungsanlagen zur Verfügung stehen, könnte es auch in der Stromerzeugung zum Einsatz kommen und hier den Emissionsfaktor verbessern.

● Das bis zum Vorliegen der Wärmeplanung GEG-2024-konforme Heizungssystem „Gas; JN=0,93; EE-Hochlauf“ bewirkt im Rahmen der Annahmen um 24 % geringere Treibhausgasemissionen als eine im Jahr 2023 installierte Gas-Heizung, die bis zum Jahr 2044 ausschließlich mit fossilem Erdgas betrieben wird. Gegenüber der 2023 installierten Gas-Heizung beansprucht die Wärmepumpen-Variante beim pessimistischen Pfad für die Treibhausgasemissionen 47 % weniger vom verbleibenden Treibhausgas-Budget. Beim linearen Pfad sind es 52 % weniger.

Beim Pfad „2: optimistisch“ hat die Wärmepumpe einen Vorteil von 65 % gegenüber der 2023 installierten Gas-Heizung, was genau der Wirkung der Variante „Gas; JN=0,93; 65%EE“ entsprechen würde. Die gleiche Wirkung würde auch eine Wärmepumpe bei einer JAZ von 3,6 und dem Pfad „1: linear“ erreichen.

JV

● Überträgt man die kumulierten Treibhausgasemissionen der Wärmepumpen-Varianten auf den Verlauf der kumulierten Treibhausgasemissionen der Gas-Heizungs-Varianten, findet man das Jahr, ab dem das bezogene Gas für einen Gleichstand bis 2045 nur noch 0,0 g/kWh Treibhausgasemissionen aufweisen darf. Für den Pfad „2: pessimistisch“ müsste dies im Jahr 2032 erfolgen, beim Pfad „1 linear“ Anfang 2033 bzw. Anfang 2034.

Die Wärmepumpen-Ausbaupläne sehen bis dahin einen Zubau zwischen 6 und 7 Mio. Wärmepumpen vor. Dass ab Mitte der 2030er-Jahre für so viele Gas-Heizung zu 100 % klimaneutrales Gas (129…150 TWh/a) zur Verfügung stehen könnte, ist nicht ersichtlich.

Bewertung

Dass Gas-Heizungen jenseits von Einzelfallbetrachtungen im Vergleich zu Wärmepumpen kurz-, mittel- und langfristig einen auch nur annähernd so hohen Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele – im Sinne einer möglichst geringen Beanspruchung des verbleibenden Treibhausgas-Budgets – leisten könnten, ist aus heutiger Sicht nicht erkennbar. Das gilt auch, wenn sich die Verfügbarkeit und die Preisattraktivität von grünen Gasen deutlich günstiger als erwartet entwickelt.

Vaillant

Die Ergebnisse zeigen, dass Gebäude, deren Heizsystem im Jahr 2024 oder später mit der Variante „Gas; JN=0,93; EE-Hochlauf“ modernisiert wird, die Brennstoffversorgung schon um 2034 auf zu 100 % klimaneutrales Gas umgestellt werden müsste, um bis 2044/45 noch mit einer Wärmepumpe gleichziehen zu können. Es gibt bisher keine plausiblen Annahmen oder Ankündigungen, die dem in der Breite eine Chance einräumen.

Zudem hat der Gesetzgeber über die GEG-2024-Novelle den Betreibern einer Gas-Heizung „Gas; JN=0,93; EE-Hochlauf“ ein weitreichendes Recht eingeräumt, das eine entsprechende nachträgliche Pflicht ausschließt. Solche Gas-Heizungen werden also nur einen zu einer Wärmepumpe vergleichbaren Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele leisten können, wenn spätestens Mitte der 2030er-Jahre zu 100 % klimaneutrales Gas in großen Mengen und günstiger als Erdgas zur Verfügung steht. Unter diesen Bedingungen würde sich die Energie- und Wärmewende von selbst vollziehen – bisher hat niemand ein solches Szenario glaubhaft vorgestellt.

Das alles bedeutet nicht automatisch, dass Grüngas-Heizungen keinen wichtigen Beitrag zur Energie- und Wärmewende in Deutschland leisten können / müssen / sollen. Gerade dafür wäre es aber angebracht, wenn die Gaswirtschaft ihre Argumente schärft und plausibel und ihre Strategien nachvollziehbar offenlegt.

Offen lässt der Vergleich, welche Treibhausgasemissionen außerhalb der Systemgrenzen den jeweiligen Varianten zuzurechnen sind. Für den Bereich Wärmeerzeuger ist bekannt, dass Herstellung / Installation und Entsorgung nur einen geringen Anteil an den gesamten Treibhausgasemissionen haben und somit im Systemvergleich keine entscheidende Rolle spielen. Für beide Varianten sind allerdings in größerem Umfang Investitionen in Erzeugungsanlagen und Infrastruktur erforderlich. Eine Plausibilitätsüberprüfung anhand des aktuellen Treibhausgasinventars in den Sektoren zeigt allerdings, dass sich dadurch die grundlegenden Aussagen nicht ändern können.

Nicht unerwähnt bleiben soll, dass für die Verfügarbeit von grünen Gasen im erforderlichen Umfang nicht die Gaswirtschaft haftet, sondern der Betreiber einer Gas-Heizung mit entsprechender Verwendungspflicht die Nutzung sicherstellen oder andere Maßnahmen zum Erfüllen seiner GEG-Pflichten ergreifen muss. ■
Quelle: Umweltbundesamt, GEG, eigene Berechnungen / jv

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