Ist die Wärmepumpe die Lösung für unsere Probleme mit dem Treibhausgas CO2?

Überall wird dafür geworben, dass die Bürger ihre Häuser mit Wärmepumpen beheizen sollen, um die Umwelt zu schonen und insbesondere den CO2-Ausstoß zu senken.
Im Gegensatz zu anderen Ländern, z.B. Schweiz und Frankreich, die ihren Strombedarf fast ausschließlich aus Atomkraft, Wasser-, Solar- und Windkraft decken, hat Deutschland in Bezug auf den CO2-Ausstoß eine wesentlich ungünstigere Ausgangslage. In Deutschland wurden die risikoreichen, aber dennoch klimaneutralen Atomkraftwerke abgeschaltet und wir gewinnen unseren Strom aus Gas, Steinkohle, Braunkohle und zum Teil aus regenerativen Energiequellen. Das hat enorme Auswirkungen auf die CO2-Belastung bei der Energiegewinnung.

Wo soll es hin gehen?
Glücklicherweise müssen laut Assessmentreport des Weltklimarates die weltweiten CO2-Emissionen nicht auf Null zurückgefahren werden, sondern nur auf den Wert, den die Natur nicht selber absorbieren kann.
Derzeit emitieren wir weltweit pro Jahr ca. 35 Mrd Tonnen CO2. Bäume, Erde und Ozeane können 18 Mrd Tonnen CO2 jährlich aufnehmen, sodass wir „nur noch“ 17 Mrd Tonnen CO2 einsparen müssen (also etwa die Hälfte der Gesamtemission), um klimaneutral zu sein.

Ausgangslage:
Eine Wärmepumpe benötigt Strom, um Wärme zu erzeugen. Wenn dieser nicht selbst über Solarzellen erzeugt wird, muss er von den Energieunternehmen bezogen werden. Wie oben geschildert entstehen in Deutschland aber bereits bei der Stromerzeugung große Mengen CO2 und bei jeder Umformung von Energie entstehen Verluste.

Es gilt also:
Je mehr Umformungsschritte vorgenommen werden müssen, desto geringer ist der Wirkungsgrad gegenüber einer direkten Wärmegewinnung aus dem Ursprungsprodukt (z.B. Gas) und desto höher ist die CO2-Emission über den gesamten Prozess.

Mittlere CO2-Emission in kg/kWh

• Deutscher Strommix (Braunkohle/Steinkohle/Gas) ca. 4,5
• Ölheizung ca. 0,22
• Gasheizung ca. 0,16
• Wärmepumpe mit COP 3 hat ca. 0,15
  (4,5 / 3 Erläuterung, siehe untern unter Definitionen)

Daraus folgt zwingend, dass eine Wärmepumpe mit einem COP < 3 in Hinsicht auf die Klimagase immer die schlechtere Wahl gegenüber der wesentlich preiswerteren Gasheizung ist!
Das gilt natürlich nur solange, wie der Strom aus dem Deutschen Stromnetz entnommen wird und nicht per Solarpanel selber erzeugt wird. Gleiches gilt für Schweiz/Frankreich mit Atom- oder ausschließlich regenerativem Strom.

Zwischenergebnis:
Auf Grund der bis hierhin vorgestellten Zahlen würde es also in einem ersten Schritt vollkommen ausreichen, wenn wir das deutsche Stromnetz komplett von Kohle auf Gas (und daneben unsere bisherige regenerative Energiegewinnung) umstellen würden!
Erläuterung:
Die Hälfte der CO2-Emission muss eingespart werden. Das Deutsche Stromnetz mit Drittelmix verursacht 4,5 kg/kWh, Gas hingegen nur 0,16 kg/kWh)

Handlungsempfehlung an die Regierung:
Das von der Bundesregierung erlassene zukünftige Gasheizungsverbot muss dringend überdacht werden!

Luft-Wärmepumpen
Wärmepumpen, die die erforderliche Wärme aus dem Boden oder Grundwasser nehmen sind vergleichsweise sehr teuer und amortisieren sich kaum. Wir betrachten daher hier Luft/Luft- oder Luft/Wasser-Wärmepumpen.
Selbst auf Grund der Herstellerangaben liegt der mittlere COP gängiger Wärmepumpen in unseren Breitengraden zwischen 2,5 und 2,8 und damit eigentlich zu niedrig (s.o.).

Luft-Wasser-Wärmepumpen laufen eigentlich nur effizient, wenn sie mit einer Fußbodenheizung im Verbund betrieben werden, da hier eine Vorlauftemperatur von ca. 30 Grad ausreicht. Wird diese Wärmepumpe mit Heizkörpern betrieben reicht die Vorlauftemperatur in der Regel nicht aus, um die Räume auf angenehme Temperaturen aufzuheizen, da die Abstrahlflächen der Heizkörper zu gering sind.

Luft-Luft-Wärmepumpen (Klimaanlage im Heizbetrieb) geben eine Ventilationswärme von ca. 30/35 Grad ab, was für eine Umluftheizung eines Raumes ausreichen würde. Allerdings ist die Effizienz so gering, dass in jedem zu beheizenden Raum eine separate L-L-Wärmepumpe zu betreiben wäre. Andererseits könnte diese Gerät im Sommer auch als Klimaanlage zum Kühlen genutzt werden.
Somit ist so ein System effizienter als eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Heizkörpern.

In dem hier aufgeführten Video, dass dieser Ausarbeitung zu Grunde liegt, kommt Prof. Ganteför zu dem Ergebnis, dass eine Beheizung über Luft-Wasser-Wärmepumpe und Heizkörper ineffizient ist. Erst über eine Fußbodenheizung käme man einen CO2-Vorteil.
Eine Luft-Luft-Wärmepumpe wäre wegen der geringeren Vorlauftemperatur aber noch effizienter. Bauart bedingt kommt eine L-L-Wärmepumpe aber nicht als Zentralheizung in Betracht.
https://youtu.be/X0r7chzlfW0?si=NGZLMAVGEt4zoju5

Definitionen: (https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungszahl)

COP (coefficient of performance)
Eines Vorweg: Die COP-Werte der Hersteller von Wärmepumpen sind in etwa genauso glaubwürdig, wie die Herstellerangaben des Spritverbrauchs beim Kfz.
Bei elektrischen Wärmepumpen mit Kältemittel gibt die Leistungszahl bzw. COP das Verhältnis der abgegebenen Heizleistung einer Wärmepumpe zur aufgewendeten elektrischen Leistung des Verdichters an.
Eine Leistungszahl von z. B. 2,5 bedeutet, dass von der eingesetzten elektrischen Leistung des Kompressors das 2,5-fache an Wärmeleistung bereitgestellt wird. Anders formuliert, kann mit dieser Wärmepumpe bei einem Kilowatt elektrischer Leistung 2,5 kW Wärmeleistung zur Verfügung gestellt werden.
Ein COP von 1 würde implizieren, dass man direkt mit einer Elektroheizung heizen könnte und je höher der COP, desto effizienter die Wärmepumpe.
Der COP-Mittelwert muss in Deutschland darüber hinaus zwingend >2 sein, um ein sinnvolles Ergebnis zu liefern, da bei der Energieerzeugung mit Gas ein Wirkungsgrad von lediglich ca. 50% erreicht wird. Die EU gibt einen Mittelwert von 2,5 vor. Ein wirtschaftlicher Betrieb einer Wärmepumpe fängt hingegen bei ca. 3 an.

Carnot-Wert
In Wärmepumpen wird elektrische Energie aufgewendet, um thermische Energie von niedrigen (Tmin) auf höhere Temperaturen (Tmax) zu heben. Daher beschreibt der Carnot-Wirkungsgrad hier nicht die mindestens aufzuwendende elektrische Energie.
Formel: 1 – Tmax / Tmax – Tmin