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Symbolbild: Getty Images / E+ / nimis69

Ein Kraftwerk im eigenen Haus? Ingenieur erzählt, wie das geht

Heizöl ist zu kostbar, um damit nur zu heizen, fand Tom Schmieder vor 15 Jahren – und lässt seither sein kleines Kraftwerk im Keller gleichzeitig Strom und Wärme produzieren.

Wer ein neues, innovatives Haus baut, braucht auch eine neue, innovative, klimafreundliche Heizanlage. Das war mein Grundgedanke damals. Ich entschied mich für ein Mini-Blockheizkraftwerk (BHKW) und habe gute Erfahrungen gemacht: Immer hatte ich eine optimale effiziente Brennstoffnutzung, Wärme und eine Stromausbeute, die meinen Strombedarf umweltfreundlich deckte.

Wie funktioniert ein Blockheizkraftwerk?

Ein BHKW ist eine Heizungsanlage, in der ein Motor einen elektrischen Generator antreibt. Wertvoller Brennstoff wie Gas oder Öl wird nicht nur in Wärme, sondern durch Kraft-Wärme-Kopplung in Wärme und Strom zugleich umgewandelt. Der Strom wird mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugt und vorwiegend vor Ort verbraucht. Mit der (Ab-)Wärme wird die eigene Immobilie beheizt. BHKWs werden meist „wärmegeführt“ betrieben. Das heißt: Ist ein Wärmebedarf vorhanden, startet die Anlage und liefert Wärme und Strom. Denkbar wäre auch, allein mit einer Wärmepumpe ohne Kraft-Wärme-Kopplung zu heizen. Doch das hat den Nachteil, dass der dafür verwendete Strom beim jetzigen Energiemix überwiegend aus Kohle stammt und damit einen hohen CO2-Ausstoß verursacht. Auch in einem Kohlekraftwerk entsteht Abwärme. Doch die wird durch den Kühlturm des Kohlekraftwerks geblasen. Die Kraft-Wärme-Kopplung nutzt die Abwärme ideal vor Ort zum Heizen.

Mit welchen Brennstoffen arbeitet ein Blockheizkraftwerk?

Mini-Blockheizkraftwerke gibt es heute für verschiedene Brennstoffe. Aus Klimasicht kommen vor allem Holz-Pellets, Pflanzenöl und Gas in Betracht.

Öl: Da es in meinem Baugebiet vor 15 Jahren keine Gasversorgung gab, entschied ich mich für einen Dieselmotor in Verbindung mit Heizöl. Ich plane gerade, ihn auf Pflanzenöl aufzurüsten. Das ist ein nachwachsender Rohstoff und gilt damit als CO2-neutral: Bei der Verbrennung wird so viel CO2 ausgestoßen, wie die Pflanzen beim Wachstum gespeichert haben. Zwar schmälern Dünger und Pestizide den Effekt und man kann darüber diskutieren, ob landwirtschaftliche Flächen für die Produktion von Kraftstoff genutzt werden sollten, aber unterm Strich erscheint es mir für meine ölbetriebene Anlage eine sinnvolle, weil klimafreundlichere Alternative zu sein.

Holz: Auch Holz-Pellets verbrennen CO2-neutral. Allerdings stößt eine Pellet-Heizung mehr Feinstaub aus als etwa eine Ölheizung. Zudem kann der Pellet-Bedarf nicht mehr durch Holzabfälle allein gedeckt werden und Wälder werden dafür abgeholzt. Wer sich für Holzpellets entscheidet, sollte deshalb auf Siegel wie den „Blauen Engel“ achten, die für eine nachhaltige Forstwirtschaft stehen.

Gas: Von den fossilen Brennstoffen ist Gas der effizienteste, deshalb gilt der Erdgasbetrieb als empfehlenswerte Überbrückungstechnologie.

Brennstoffzellen-Heizung wird gefördert

Besonders hervorheben muss man die Technik der Brennstoffzellen-Heizung, die stark gefördert wird und sehr umweltfreundlich ist. Brennstoffzellen werden entweder direkt mit Wasserstoff oder mit Erdgas betrieben. Bei der Verbrennung von Wasserstoff wird kein CO2 ausgestoßen, das Abfallprodukt ist Wasserdampf. Energieseitig erzeuge ich wie beim motorischen BHKW Strom und Wärme.

Wasserstoff kann man bis zu einem gewissen Prozentsatz (heute etwa zehn Prozent) auch dem Erdgasnetz zuführen. Wird der Wasserstoff mithilfe von Kohlenstoffdioxid zu Biomethan (sogenanntem „grünen Gas“) aufbereitet, kann es unbegrenzt ins Erdgasnetz eingespeist werden. Das Gas aus dem Erdgasnetz wird dann für die Variante motorisches BHKW (Otto-Motor) oder in der Brennstoffzelle verbrannt.

In jedem Fall ist es sinnvoll, die Kraft-Wärme-Kopplung eines BHKWs einzusetzen, um den wertvollen Brennstoff mit hohem Wirkungsgrad zu nutzen. Seit Anfang des Jahres gilt in Deutschland die CO2-Bepreisung. Pro Tonne CO2, die fossile Brennstoffe im Verbrauch verursachen werden, fallen derzeit 25 Euro an, bis 2025 soll der Preis auf 55 Euro steigen. Durch diese Mehrkosten werden die Weichen für die Art der Brennstoffnutzung neu gestellt.

Sparen beim Strom

Mini-BHKWs sind aus meiner Sicht eine gute Investition gegen steigende Energiekosten. Mit einer ergänzenden Akku-Anlage lassen sich die über den Tag verteilten Heizpausen, in denen kein Strom erzeugt wird, überbrücken. Diese Kombination bringt die größte Kosteneinsparung, weil einem als Selbsterzeuger der hohe Strompreis der Anbieter erspart bleibt. Die Stromausbeute ist für einen normalen Haushalt gut ausreichend.

Der Sommer-Strom-Bedarf kann natürlich über eine Fotovoltaik Anlage ergänzt werden, die selbstverständlich den gleichen Akku nutzt. So erreicht man über das Jahr betrachtet einen Autarkiegrad von rund 90 Prozent. Die letzten Prozente bezieht man sinnvollerweise vom Energieversorger, da es sich weder wirtschaftlich noch ökologisch lohnt, dafür einen größeren Akku anzuschaffen.

Anschaffung nie bereut

In meinen Augen sind BHKWs eine tolle Technik, die sich ökologisch auszahlt, weil Strom im Winter, wenn der Solarstrom rar ist, deutlich effizienter erzeugt wird. Der Wartungsaufwand ist zugegebenermaßen etwas höher als bei einer konventionellen Heizung, aber es kommt durch die Strom-Eigennutzung und -Einspeisung auch viel mehr rein.

Mein Resümee: Ich habe zu keinem Moment die Anschaffung meines Mini-BHKWs bereut. Es ist so ein gutes Gefühl, den wertvollen Brennstoff in der kalten Jahreszeit Kraft-Wärme-gekoppelt zu nutzen und damit einen Beitrag zur CO2-Minderung zu leisten.

Text: Tom Schmieder, ist Elektroingenieur, verheiratet und seit Jahrzehnten interessiert an regenerativen Energien und nachhaltiger Umwelttechnik.

Symbolbild: Pixabay / Markus Distelrath

Die Stromer sind da? Doch wie grün sind E-Autos?

E-Mobilität wird immer mehr zum Alltag in Deutschland. Aber sind die Stromer auch der richtige Schritt Richtung Klimawende?

Um es gleich vorweg zu sagen: Am freundlichsten für die Natur ist und bleibt es, zu Fuß zu gehen. E-Autos wie Verbrenner verbrauchen Ressourcen und Energie und hinterlassen damit einen ökologischen Fußabdruck. Die Frage, um die es hier geht, lautet: Schaden Stromer der Umwelt weniger als Verbrenner?

Aktuellen Studien zufolge lautet die Antwort: Ja. Zwar sind die CO2-Ausstöße wegen der Batterie bei der Herstellung höher. Einer Studie des Fraunhofer Instituts von 2020 zufolge sind sie bei kleinen Fahrzeugen aber ab 18.000 Kilometern Laufleistung wieder ausgeglichen, bei großen Wagen und besonders CO2-intensiver Produktion kann es deutlich länger dauern. Ob die CO2-Bilanz noch besser wird, hängt vor allem von zukünftigen Entwicklungen ab. Zum Beispiel vom Strommix. Wenn der Akku zu Hause an einer Wallbox (siehe Kasten nächste Seite) mit eigenem Solar-Strom vom Dach geladen wird, ist das ziemlich nachhaltig. Wird er mit Kohlestrom betrieben, eher nicht. Wie gut wir die Energiewende hin zu erneuerbaren Energien hinkriegen, beeinflusst daher die Umweltbilanz von E-Autos stark.

Umweltfeind Batterien?

Zweifel an der Sinnhaftigkeit von E-Mobilität werfen regelmäßig die Batterien auf. Die Gewinnung notwendiger Rohstoffe wie Lithium und Kobalt ist problematisch. Im Kongo beispielsweise wird das Kobalt unter gefährlichen Bedingungen und zum Teil von Kindern abgebaut. In der südamerikanischen Atacama-Wüste leiden Natur und einheimische Bevölkerung stark unter dem Lithiumabbau, für den extrem viel Wasser nötig ist. Auch Arbeits- und Gesundheitsschutz der größtenteils noch in China gebauten Batterien sind oft mangelhaft. Bei alldem gilt es hinzugucken und faire Bedingungen in der gesamten Lieferkette zu fordern – das aber gilt ebenso für Akkus in Smartphones, Laptops und allen anderen Geräten. Nicht vergessen darf man bei der ganzen Rechnung, dass auch die Ölförderung seit Jahrzehnten schwerwiegende Eingriffe in die Natur bedeutet und durch Öl-Katastrophen Meerwasser verseucht und ungezählte Tiere getötet wurden. Im Oktober erst hat ein Tankschiff im Nord-Ostsee-Kanal einen 60 Kilometer langen Ölfilm verursacht. Öl wird zudem verbrannt und damit vernichtet, die Batterie-Rohstoffe aber werden nur verbaut, bleiben erhalten und können recycelt werden. 

Wiederaufbereitung

Weil es bislang noch wenige ausgediente E-Auto-Batterien gibt, wird ein Recycling-Kreislauf erst noch aufgebaut, gilt aber technisch als machbar. EU-Richtlinien sollen die Wiederaufbereitung in Zukunft fördern, sodass sie rentabel sein kann. Das schwedische Start-up Northvolt, 2016 von zwei ehemaligen Tesla-Managern gegründet und mitfinanziert auch von deutschen Unternehmen, baut derzeit nicht nur große Produktionskapazitäten für Batteriezellen in Europa auf, sondern plant auch die größte Recyclinganlage für Kobalt, Nickel, Mangan und Lithium. 

Das alles soll die problematischen Seiten der Batterieherstellung nicht kleinreden, aber zeigen: Es ist viel in Bewegung. Auch die Forschung schreitet voran. Tesla beispielsweise will schon bald Kobalt-reduzierte Hochenergie-Akkus bauen. Samsung setzt auf Feststoffbatterien ohne Lithium. Das Fraunhofer Institut hat eine Natrium-Nickelchlorid-Batterie aus heimischen Rohstoffen wie Tonerde und Kochsalz entwickelt. Weltweit forschen viele Unternehmen und Einrichtungen an alternativen Akku-Konzepten.

Zweites Leben

Derweil hat man festgestellt, dass die E-Auto-Batterien länger halten als anfangs erwartet: Nach manchen Erfahrungen bis zu zwölf, nach anderen bis zu 18 Jahre. Auch danach müssen sie nicht gleich verschrottet werden, sondern können noch als stationäre Stromspeicher für erneuerbare Energien dienen. In Leipzig etwa nutzt BMW bereits einen solchen Speicher aus etwa 700 Batterien. Im Stadion von Ajax Amsterdam werden mithilfe von knapp 600 alten Auto-Akkus Fußballspiele beleuchtet. Recycling und die großflächige Weiternutzung der Akkus sind noch Zukunftsmusik, doch die Chancen stehen gut, dass der Ressourcenverbrauch weiter sinken wird.

Größer als bei Verbrennern ist laut einer Studie des Bundesumweltministeriums von 2019 bei E-Autos das Problem von gesundheitsgefährdendem Feinstaub, der bei der Motorproduktion entsteht. Sowohl der Einsatz von Filtern in den Produktionsanlagen als auch von alternativen Materialien im Elektromotor sind in Zukunft denkbar. Hinzukommt der Feinstaub durch Reifenabrieb, der wegen des batteriebedingten höheren Gewichts bei Elektroautos größer ist. Sollten nächste Batterie-Generationen leichter werden, verringert sich das Problem. Und es hilft natürlich insgesamt, wenn statt Riesen-SUV möglichst kleine Autos mit wenig Gewicht und schmaleren Reifen gefahren werden. 

Weitere Entwicklung

Die E-Mobilität ist angekommen – und gleichzeitig erleben wir auch aktuell nur einen Zwischenstand in der Entwicklung. Parallel wird an alternativen Kraftstoffen und Brennstoffzellen auf Wasserstoffbasis geforscht. Für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe beispielsweise wird der Luft CO2 entzogen, bevor es bei der Verbrennung wieder freigesetzt wird, sodass ein Kreislauf entsteht. 

Welche Durchbrüche in Zukunft erzielt werden und welche Antriebe sich durchsetzen, muss sich zeigen. Manches können wir selbst tun: uns in der Politik für die Energiewende starkmachen, bei Herstellern auf CO2-neutrale Produktion und faire Lieferketten drängen und nicht

zuletzt unser Fahrverhalten anpassen. Statt weiterhin auf Individualverkehr zu setzen, ist es im Hinblick aufs Klima weitaus schlauer, Gedanken und Ressourcen in alternative Transportkonzepte zu stecken und beispielsweise öffentliche Verkehrsmittel, Sammeltaxi- und Radwege-Systeme stärker auszubauen. Wer nicht aufs Auto verzichten kann, fährt aber auf die gesamte Nutzungsdauer gerechnet mit Stromern schon jetzt nachhaltiger als mit Verbrennern.

Text: Anja Schäfer