Alternativen zu Gas: Wie wir uns in Zukunft warmhalten werden

Dieser Artikel ist Teil des alexandria-Themenschwerpunkts "Wie wir uns warm halten". Dabei wollen wir euch wichtige und auch überraschende Sichtweisen aus der Wissenschaft näherbringen.

Warum das wichtig ist: Fast zwei Drittel der österreichischen Wärmeproduktion basiert auf fossilen Energieträgern – und das, obwohl Österreich bis 2040 klimaneutral sein will. Deswegen braucht es dringend nachhaltige Alternativen. Doch welche Techniken sind tatsächlich effektiv, umsetzbar und schonend für den Geldbeutel?

Im Sommer und Herbst des vergangen Jahres war die Angst in der Bevölkerung groß: Werden die Heizkörper kalt bleiben?
Im mitteleuropäischen Winter kann das zu Problemen führen. Frieren ist nicht nur ungemütlich, es gibt auch eine Vielzahl von Studien, die auf eine Verbindung zwischen schlechter Gesundheit und kalten Temperaturen hindeuten. So sterben zum Beispiel bei extremer Kälte etwa zwanzigmal mehr Menschen als während Hitzeperioden (Gasparrini et al., 2015). Doch nicht nur der Mensch, auch Gebäude leiden unter tiefen Temperaturen und neigen zur Schimmelbildung.
Die Befürchtungen bewahrheiteten sich in dieser Heizsaison nicht. Durch die gefüllten Erdgasspeicher und dank einem milden Winter konnte sich Europa warmhalten.

In Österreich können wir ohnehin nicht mehr lange auf fossile Energieträger wie Kohle, Öl und Gas zurückgreifen. Bis 2040 wollen wir in Österreich bei „netto 0“ stehen und keine Treibhausgase mehr in die Atmosphäre abgeben.
Vor allem Kohle und Öl sind aber wahre Klimasünder: Durch ihre Verbrennung, mit deren Hilfe Energie erzeugt werden kann, wird eine große Menge an CO₂ ausgestoßen. Hinzu kommt, dass sich Regionen wie Mitteleuropa für den Bezug von Ländern wie Russland abhängig machen müssen, da es in mitteleuropäischen Ländern nur geringe bekannte Vorkommen der Materialien gibt.

Deswegen beschloss der österreichische Ministerrat im November des vergangenen Jahres das „Erneuerbaren-Wärme-Gesetz“. In ihm wird unter anderem verankert, dass „in Neubauten in Österreich keine Gasheizungen mehr errichtet“ und „kaputte Öl- und Kohleheizungen nur mehr durch erneuerbare Heizsysteme ersetzt werden“ dürfen. Außerdem gibt es ein gesetzlich geregeltes Ablaufdatum für Öl-, Kohle- und Gasheizungen. Das Gesetz sollte eigentlich schon mit Beginn 2023 in Kraft treten, doch laut Regierung kommt es aufgrund einer fehlenden Zwei-Drittel-Mehrheit zu einer Verzögerung.

In den kommenden Jahren und Jahrzehnten steht nicht nur Österreich, sondern die ganze Welt unter Druck, eine passende Alternative zur Gasheizung zu finden. Eine weitere Hürde stellt dar, dass das Heizen in dicht und dünn besiedelten Gebieten mit unterschiedlichen Problemen verbunden ist.

Zunächst fokussiert sich der Text auf die Möglichkeiten für Gebäude in gering besiedelten Gebieten. Die vorgestellten Techniken können auch Häuser und Wohnungen in der Stadt warmhalten, müssen dafür allerdings anders umgesetzt werden. Dazu später mehr. Zunächst wollen wir die Frage beantworten, welche nachhaltigen Methoden für das Heizen bereits existieren - und wie nachhaltig sie tatsächlich sind.

Ist der Kamin so umweltfreundlich wie sein
Image?

Laut Statistik Austria deckt Österreich über 30 Prozent der benötigten Wärmeenergie durch nachhaltige Quellen ab. Davon werden ungefähr 50 Prozent als Biomasse deklariert – also als Holz, Pellets und Ähnliches. Doch sollten diese Energiequellen tatsächlich als nachhaltig eingestuft werden?

Im Gegensatz zum Erdgas scheint das der Fall zu sein. Dieses gilt als „Brückentechnologie“, die den Menschen den Umstieg auf erneuerbare Energie erleichtern soll. Tatsächlich wird beim Verbrennen von Erdgas nur ein Drittel der CO₂-Emissionen ausgestoßen, die beim Verbrennen von Kohle entstehen.
Das ist also eine enorme Verbesserung. Doch im Vergleich zu Holz ist Gas laut Statista noch immer umweltschädigend: Beim Verbrennen von Scheitholz wird angeblich nur ein Zehntel der CO₂-Menge von Erdgas freigesetzt. Auf den ersten Blick scheint das Heizen mit Biomasse also nachhaltiger als Gas zu sein.

Auf den zweiten ist das nicht mehr so eindeutig. So schreibt Greenpeace in einem Artikel über das Heizen mit Holz: „Das weit verbreitete gute Image von Brennholz hält bei genauerem Hinsehen nicht das, was es verspricht.“
Als Gründe nennt der Verein unter anderem die Wichtigkeit des Fortbestehens des Waldes. Wenn alle Menschen mit Biomasse heizen würden, wären die Waldbestände gefährdet. Außerdem fallen bei „Maschinenbetrieb, Transport und Verarbeitung des Holzes“ Treibhausgasemissionen an.

Ein Augenmerk sollte man auch auf die Feinstaubwerte legen, die durch das Heizen mit Holz in die Höhe schießen können. So geht das deutsche Bundesamt für Umwelt davon aus, dass durch die Wärmeproduktion mit Biomasse in Deutschland mehr Feinstaub entsteht als durch den gesamten Verkehr. Wer mit Holz heizen möchte, sollte auf qualitative Filter achten, die die Verbreitung des Feinstaubs reduzieren.

Nicht zuletzt hängt die Nachhaltigkeit auch davon ab, woher man das Material bezieht. Es macht einen Unterschied, ob man den Baum selbst im Nachbarwald fällt oder die Pellets aus dem südamerikanischen Regenwald stammen.
Das Umrüsten auf Pellets in einem Einfamilienhaus ist teuer, die regelmäßigen Kosten sind aber vergleichsweise gering. Nur bei einer Heizmethode liegen die Anschaffungskosten laut Expert:innen höher: bei der Wärmepumpe.

Wie funktionieren Wärmepumpen?

Im vergangen Jahr wurde die Wärmepumpe in den Medien häufig als die perfekte Lösung für das Erdgasproblem angepriesen. Laut dem „Handbuch Wärmepumpe“ handelt es sich bei ihr um eine Kältemaschine wie einem Kühlschrank. Das klingt im ersten Moment widersprüchlich, doch auf diese Weise werden Geräte definiert, die Kälte- und Wärmenutzung kombinieren (Bonin, 2016).

Die Wärmepumpe verwendet ein Medium wie Luft, Wasser oder Erde und entzieht diesem Energie. So kühlt es beispielsweise die Umgebungsluft um drei Grad ab, nimmt die übriggebliebene Wärme auf und erhitzt sie mit Hilfe von elektrischem Strom auf 35 Grad. Diese Wärme fließt dann durch Wände oder Boden, um das Gebäude warmzuhalten (Bonin, 2016).

Bei einer Wärmepumpe ist dementsprechend die Nutzung von Strom unausweichlich. Die emissionsärmste Wärmepumpenheizung findet also mit der gleichzeitigen Anwendung von erneuerbarem Strom statt. Allerdings ist die Umwandlungsrate von Strom zu Wärme mit der Pumpe so effizient, dass auch die Betreibung mit fossilem Strom eine große Verbesserung zur Gasheizung darstellt.
Doch die Wärmepumpe hat andere Nachteile.

Was sind die Schwächen der Wärmepumpe?

Ein Problem stellt der Temperaturunterschied zwischen der Quelle und der Wärme dar, die für das Heizen erreicht werden muss. Zweite liegt üblicherweise zwischen 35 und 55 Grad Celsius. Je höher der Unterschied, umso größer ist die Arbeit, die die Pumpe verrichten muss, und damit auch der Energieaufwand. „Deswegen ist es von größter Bedeutung, dass die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle (zum Beispiel Grundwasser, Sole oder Luft) und Heizwärme so niedrig wie möglich ist“, unterstreicht der Experte Jürgen Bonin die Wichtigkeit des geringen Temperaturunterschieds (Bonin, 2016, S. 10).

Sprich: In Mitteleuropa, aber auch an vielen anderen Orten der Welt, stellt die Wärmepumpe, die mit Umgebungsluft betrieben wird, aufgrund der tiefen Außentemperaturen keine Alternative dar. Hier muss beispielsweise auf Grundwasser, Thermalwasser oder Geothermie zurückgegriffen werden.

Das große Problem sind die Anschaffungskosten, die beispielsweise durch eine Erdsondierung in die Höhe getrieben werden. Die Preise belaufen sich für einen Privathaushalt auf 15.000 bis 30.000 Euro. Mittlerweile gibt es sowohl vom Staat Österreich, aber auch von mehreren Bundesländern Förderungen, sodass der Umstieg erleichtert wird.
Ebenfalls ein Problem der Wärmepumpen ist der Umgebungslärm, den die nach außen gerichteten Lüfter verursachen. Für die Stadt, die dicht besiedelt ist, stößt die Pumpe also in der direkten Versorgung schnell an ihre Grenzen.

Welche nachhaltige Heizmethode ist in der Stadt möglich?

Die bisher angesprochenen Alternativen sind vor allem für Einfamilien- und Privathäuser in dünn besiedelten Gebieten umsetzbar. In der Stadt muss aufgrund der dichten Bebauung ein anderes System eingesetzt werden.

Das Einzige, worüber sich alle Expert:innen beim Thema Heizung einig sind: Fern- und Nahwärmesysteme sind in Städten sehr effizient. Bei der Fernwärme wird die Energie auf relativ langem Wege mithilfe von Rohren, die meistens unter der Erde verlaufen, zu den Gebäuden transportiert. Bei der Nahwärme funktioniert das System ähnlich, nur ist der Transport deutlich kürzer und es wird beispielsweise nur eine Siedlung mit Wärme versorgt. Effizient ist es, da viele Haushalte mithilfe von wenig Infrastruktur beheizt werden können. Das wirkt sich positiv auf Umwelt und Kosten aus.

Laut der Österreichischen Gesellschaft für Umwelt und Technik (ÖGUT) wird die Fernwärme vor allem in österreichischen Großstädten mit Gas gespeist. Aber auch Wärme von Biomasse und Wärmepumpen kann mit dem Fernwärmesystem transportiert werden.
Besonders interessant ist die Wärmepumpe, die mit Erdwärme oder Thermalwasser beheizt werden kann. Hier kommt die Geothermie ins Spiel.

Ist Geothermie die Lösung?

Das Erdinnere ist ziemlich heiß. Der geothermische Gradient gibt an, wie schnell die Temperaturen steigen, wenn man unter die Erdoberfläche schaut. Pro Kilometer erhöht sie sich durchschnittlich um 29 Grad Celsius. An manchen Stellen sogar deutlich schneller – beispielsweise dort, wo es vulkanische Aktivität gibt oder in der Vergangenheit gab.
Diese Wärmequelle wird in der Zukunft versiegen, voraussichtlich wird dies aber erst in ein paar Milliarden Jahren geschehen. Dementsprechend gilt die Geothermie als für den Menschen unerschöpflich.

Die Erdwärme kann mit Hilfe von Wärmepumpen gewonnen werden. Im Gegensatz zu Luftwärmepumpen wird weniger Strom gebraucht, da die Pumpe durch die höhere geothermische Ausgangswärme weniger Leistung erbringen muss. Trotzdem ist der Gebrauch von Strom noch immer unausweichlich. Es gilt: Je tiefer man bohrt beziehungsweise je höher die Erdwärme, umso weniger Strom ist vonnöten. Allerdings steigen mit dem Ausbau in die Tiefe auch die Anschaffungskosten an.

Im Jahr 2021 wurde 3.000 Meter unter Wien eine große Menge von Thermalwasser gefunden, die zum Heizen verwendet werden kann. Tatsächlich ist auch schon der Bau einer Anlage in Planung.
„Mit unserer ersten Tiefengeothermie-Anlage für Wien wollen wir bereits ab 2026 bis zu 20.000 Haushalte mit grüner Wärme aus der Tiefe versorgen können“, erklärt Michael Strobl, der Geschäftsführer von Wien Energie, das ambitionierte Ziel.

Nicht nur die Hauptstadt, sondern auch die Steiermark hat laut der ÖGUT eine sehr gute Ausgangslage für Geothermie. An vielen anderen Orten Österreichs – und auf der Welt – ist sie allerdings weniger rentabel.

Außerdem gibt es noch eine weitere Hürde: Obwohl viele städtische Gebäude bereits heute mit Fernwärme beheizt werden, ist nicht jedes System für die Energieübertragung der Erdwärmepumpe geeignet. Deswegen müsste auch in diese Renovierung Geld investiert werden.
Eine große Investition für den Ausbau ist bei allen Alternativen notwendig. Gibt es tatsächlich keine Technologie, bei der es nur geringe Anschaffungskosten gibt? Die Hemmschwelle, auf ein ökologisches System auszuweichen, wäre dadurch deutlich tiefer.

Ist gegärtes Gas die Antwort?

Genaugenommen fällt Biogas (auch Biomethan genannt) unter die Rubrik Biomasse, da das Gas aus biologischen Produkten gewonnen wird. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Küchenreste oder extra dafür angebauten Mais.

Die Herstellung ist einfach erklärt: „Bei biologischen Abbauprozessen von organischen Verbindungen, die unter Luftabschluss stattfinden, entsteht Biogas“ (Märkl & Friedmann, S. 460).
Biomethan bildet sich dementsprechend während des Gärungsprozesses von organischem Material. Um es zum Wärmen nutzen zu können, wird das Gas anschließend von Bestandteilen wie CO₂ gereinigt, sodass es wie Erdgas aus mindestens 98 Prozent Methan besteht. Nun kann es auf die gleiche Weise verwendet werden.

Der Vorteil von Biogas ist, dass es nur Treibhausgase an die Umwelt abgibt, die das organische Material während seiner Lebenszeit eingebaut hat. Deswegen tritt kein zusätzliches CO₂ oder Methan in den Atmosphäre-Kreislauf ein. Da man Biomethan genauso wie Erdgas einsetzt, ist ein Umbauen des Heizsystems nicht notwendig; es fallen daher bei Einsatzbeginn keine Mehrkosten an. Andererseits ist der Kaufpreis von Biogas sehr hoch. Im Gegensatz dazu hat eine Pelletsheizung oder eine Wärmepumpe sehr geringe Kosten, nachdem das System installiert wurde.

Doch das Biogas hat abgesehen davon noch ein anderes, schwerwiegenderes Problem: Die Produktion von einer großen Menge ist zumindest in Österreich fast unmöglich.
Ein Bericht, der unterem von der Austrian Energy Agency erstellt wurde, gibt an, dass momentan in Österreich rund zwei Prozent des russischen Gases durch Biomethan ersetzt werden kann. Wenn die Infrastruktur weiterhin ausgebaut wird, könnte das Biogas im Jahr 2040 20 Prozent der in Österreich benötigten Menge abdecken. Das ist ein sehr geringer Anteil.

Laut der ÖGUT ist die Nachfrage von Biomethan in der Industrie außerdem so hoch, dass „aus österreichischer Produktion kein grünes Gas für Gebäudeheizungen übrig bleiben wird.“ Biomethan könnte also in der Zukunft eine Alternative darstellen, doch Österreich müsste sich abermals von anderen Staaten abhängig machen. Es stellt sich auch die Frage, ob wir genügend organisches Material aufwenden können oder sollten, um Österreich, ganz Europa oder auch den Rest der Welt damit warmzuhalten.

Gibt es keine anderen Möglichkeiten?

Vier Alternativen wurden hier besprochen: Biomasse, Wärmepupen, Geothermie und Biogas. Keine davon kann völlig überzeugen. Es gibt noch andere Möglichkeiten, die momentan jedoch weniger vielversprechend klingen. Einerseits handelt es sich dabei um die Stromheizung, die mit Photovoltaik betrieben werden könnte. Doch vor allem im Winter ist dieses System in Mitteleuropa zu unsicher.

Auch Wasserstoff ist beim Heizen im Gespräch. Allerdings gilt hier das Gleiche wie bei der Erzeugung von H₂-Strom: Die Technologie ist noch nicht ausgereift und man weiß nicht, ob sie das jemals sein wird.

Am Ende sei gesagt: Momentan gibt es noch keine perfekte Alternative für den Ersatz von Erdgas. Viele Expert:innen raten dazu, mehrere nachhaltige Heizsysteme zu kombinieren. Eine Erdwärmepumpe kann beispielsweise zusammen mit Photovoltaikstrom angewandt werden. Bei sehr niedrigen Temperaturen kann noch ein gutgefilterter Kamin mit Scheitholz zum Einsatz kommen. Der Ausbau aller Systeme kostet allerdings viel Geld.
Klar ist nur, dass wir bessere Lösungen brauchen, um politische Unabhängigkeit zu gewinnen und um die Klimawende zu meistern. Wir müssen heute Geld und Zeit investieren, um für das Morgen gewappnet zu sein.

Ein solcher Umstieg könnte auch wirtschaftliche Möglichkeiten schaffen. Wer neue Alternativen entwickelt oder bestehende verbessert, hat die Chance, sich als Marktführer zu etablieren. Dann wird die Erde nicht mehr durch den Klimawandel warm gehalten, sondern endlich mit einer wahrhaft nachhaltigen Heiztechnik.