Studie: Auswirkungen von Wärmepumpen auf Klima und Umwelt

„Die Studie bereichert die Diskussion um die Ökobilanz der Wärmepumpe. Sie weist eindeutig nach, dass Wärmepumpen im Vergleich zu fossilen Heizungen einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten: bereits mit dem heutigen Strommix, erst recht aber in Zukunft. Warum aber verwendet die Bilanz im ‚Base Scenario‘ einen sechs Jahre alten Datensatz für den Strommix? Wir leben seitdem schon in einer ganz neuen Energiewelt: weit über 50 Prozent erneuerbare Energien und ein vollständiger Ausstieg aus der Atomenergie, so dass viele der Umweltkategorien – zum Beispiel ionisierende Strahlung – ein für die Wärmepumpe noch positiveres Bild ergeben würden. Ähnlich veraltet dürfte auch der Erdgas-Datensatz sein. Seit dem russischen Angriffskrieg hat sich beispielsweise der Anteil von Flüssiggas deutlich erhöht (Flüssiggas ist in der Regel klimaschädlicher, als Gas, das durch Pipelines transportiert wird; Anm. d. Red.).“

„Für einen Aspekt würde sich eine vertiefte Betrachtung lohnen: eine Analyse mit einem dynamischen Emissionsmodell. Wärmepumpen verbrauchen Strom vor allem im Winter. Dann ist der Solaranteil niedriger, der Windanteil am Strommix allerdings deutlich höher. Andere Studien, beispielsweise eine Analyse des ifeu, rechnen aus, dass dies die gute Klimabilanz der Wärmepumpe auch kurzfristig nicht wesentlich schmälert [1].“

„Die Wärmepumpe ist das, was die Internationale Energie Agentur ‚Zero carbon ready‘ nennt. Ohne weitere Eingriffe der Gebäudeeigentümer wird sie zu einer Nullemissionsheizung, allein durch den Ausbau der erneuerbaren Energien im Kraftwerkspark. Zugleich weist der Artikel auch nach, dass eine Effizienzsteigerung durch Absenkung der Vorlauftemperatur und Dämmung der Gebäudehülle zwar nicht zwingend erforderlich, aber hilfreich für die Ökobilanz sind.“

„Die Studie setzt einen Fokus auf den ‚Burden shift‘, also die Verschiebung von Umweltlasten von der Reduktion der Treibhausgase zu anderen Umweltkategorien. Es ist wichtig, bei Umweltbetrachtungen nicht nur auf den Treibhauseffekt zu achten. Gerade die Frage, wie bedeutsam der ‚Burden Shift‘ ist, beantwortet der Artikel allerdings nicht. Welche ökologische Schwere haben die anderen Umweltwirkungen im Vergleich zur Reduktion der Treibhausgase? Welchen Anteil hat die Wärmebereitstellung an den Umweltwirkungen im Vergleich zu anderen Sektoren? Und wie robust sind die Ergebnisse?“

„Gerade bei eher ‚exotischen‘ Umweltwirkungen ist die Datenqualität oft unsicher; es wurden jedoch keine eigenen Sachbilanzdaten erhoben. Eine Normierung der Umweltwirkungen – man spricht auch von ‚Einwohnerdurchschnittswerten‘ – eine detailliertere Diskussion der Ursachen für den ‚Burden Shift‘ – oft zurückzuführen auf veraltete Bilanzdaten einzelner Materialien – und deren ökologischen Bedeutung würde vermutlich zeigen, dass viele der Wirkungskategorien in der Ökobilanzierung der Wärmepumpe von untergeordneter Bedeutung sind. Die Verfahren für eine solche Bewertung wurden vom Umweltbundesamt entwickelt.“

„Es ist plausibel, dass die Klimawandelwirkungen durch die Nutzung von Wärmepumpen in der genannten Größenordnung je nach Rahmenbedingungen reduziert werden. Vergleichbare Studien kommen zu ähnlichen Ergebnissen. Insbesondere der Strombedarf während der Nutzungsphase ist dabei der entscheidende Faktor."

„Die Methodik ist grundsätzlich geeignet, um die Klimawirkung von Wärmepumpen und Gasheizungen zu vergleichen. Die verwendete Normalisierung erschwert die Interpretation der Ergebnisse – ergänzende absolute Werte wären dabei sehr hilfreich. Die Unterschiede von Wärmepumpe und Gasheizung sind plausibel.“

„Die Annahme von emissionsfreiem Strom zur Berechnung der ‚Mitigation efficiency‘ (also der Menge CO₂, die durch den Einsatz einer Wärmepumpe pro Kilowattstunde Strom vermieden werden kann; Anm. d. Red.) ist wissenschaftlich sehr gewagt, da auch bei ausschließlichem Einsatz erneuerbarer Stromquellen (ohne Carbon Capture) der CO₂-Fußabdruck des Stroms immer größer als Null ist.“

„Das Kältemittel R410A als Referenzkältemittel für deutsche Neuinstallationen zu wählen, ist mit Blick auf den aktuellen Markt nicht mehr ganz adäquat. Während in den Bestandsanalgen R410A noch als Referenz angesehen werden kann, dominiert bei Neuinstallationen in Deutschland mittlerweile R290, welches ein sehr viel geringeres Global Warming Potential (Maß für den Beitrag zum Klimawandel im Vergleich zu CO₂; Anm. d. Red.) aufweist.“

„Die grundsätzliche Annahme der Studie, dass Materialmix und Aufbau der Wärmepumpe unabhängig vom Kältemittel sind, ist sehr eingeschränkt und nur für erste Abschätzungen geeignet. Insbesondere Ammoniak-Geräte unterscheiden sich in ihrer Konstruktion und Größe sehr deutlich.“

„Die Wahl des Strommixes von 2019 scheint hier zunächst veraltet, ist aber dem geschuldet, dass die validierten Strommixdaten in der genutzten Datenbasis ‚ecoinvent‘ 2019 als Referenz haben. Somit ist das gerechtfertigt. Zusätzlich wurde die zunehmende Defossilisierung untersucht. Es kann davon ausgegangen werden, dass insbesondere der Treibhausgasausstoß von Wärmepumpen durch die Wahl des Strommixes von 2019 tendenziell überschätzt wird – im Vergleich zu einer Berechnung mit dem aktuellen Strommix. Die Ergebnisse sind damit nach aktuellem Stand eher konservativ.“

„Die Wahl der Auswertungsmethode und der damit verbundenen Wirkungskategorien ist gängig und damit plausibel.“

„Aus den gezeigten Werten lassen sich keine Rückschlüsse auf absolute Werte ziehen. Ich vermute, dass die hohen Werte in der Kategorie Frischwasser-Eutrophierung (erhöhte Nährstoffanreicherung im Süßwasser; Anm. d. Red.) insbesondere durch den Kohlestromverbrauch verursacht werden. Dafür spricht, dass die entsprechenden Wirkungen auf Frischwasser unter einem Strommix mit mehr erneuerbaren Energien signifikant reduziert  werden (Abbildung 1) und offensichtlich aus der Betriebsphase der Wärmepumpe  stammen (Abbildung 2).“

„Umwelt- und Klimaauswirkungen können nicht fachlich fundiert gegeneinander aufgerechnet werden. Es gibt Ansätze, Umweltwirkungen über verschiedene Kategorien hinweg vergleichbar zu machen (beispielsweise durch den Vergleich von Einflüssen mit den Umweltwirkungen eines durchschnittlichen Europäers pro Jahr). Dieses Vorgehen setzt voraus, das Wirkungen verschiedener Kategorien sich gegenseitig aufwiegen können, was eindeutig nicht gegeben ist. Gleichzeitig bringen diese Ansätze weitere Unsicherheiten in die Ergebnisse ein. Daher unterstütze ich diese Ansätze nicht.“

„Die meisten Kältemittel zeigen hohe Umweltwirkungen über ihren Lebenszyklus, insbesondere das hohe Global Warming Potential ist zu beachten. Diesbezüglich besonders problematische Stoffe wurden und werden nach und nach gesetzlich verboten, was sehr zu begrüßen ist. Der Trend am Markt nimmt diese Problematik auf und geht insgesamt aktuell in Richtung natürliche Kältemittel.“

Dieses Statement ist in Zusammenarbeit mit Marie Fischer, Wissenschaftlerin im Bereich Wärme und Gebäude am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, entstanden.

„Das Ergebnis der Studie ist methodisch gut belegt, nachvollziehbar und plausibel. Zum Strommix und zum Kältemittel wurden im Basisszenario sogar sehr pessimistische Annahmen getroffen, wodurch die untere Bandbreite mit 48 Prozent vermutlich das tatsächliche Treibhausgas-Einsparpotenzial der Wärmepumpe sogar unterschätzt. Die berechnete Treibhausgas-Einsparung der Wärmepumpe gegenüber konventionellen Gasheizungen liegt aber generell im Spektrum aktueller Studien zum Thema. So kommt Agora Energiewende auf eine Einsparung von 40 bis 70 Prozent im Gebäudebestand, mit noch höheren Einsparungen im Neubau [2], das Umweltbundesamt mit der Annahme von 100-prozentigem Ökostrom auf Einsparungen zwischen 80 und 90 Prozent [3] und auch die Internationale Energieagentur bewertet Wärmepumpen im Wohngebäudebereich als einen zentralen Hebel zur Dekarbonisierung [4].“

„Die Lebenszyklusanalyse ist eine seit Jahrzehnten etablierte und geeignete Methode, um die Klima- und Umweltwirkung von Produkten und Dienstleistungen über den gesamten Lebenszyklus zu ermitteln und zu vergleichen. Die getroffenen Annahmen erscheinen plausibel, insbesondere im ‚Baseline Scenario‘ werden aber zentrale Annahmen sehr konservativ gewählt, wodurch der Klima- und Umweltnutzen der Wärmepumpe tendenziell unterschätzt wird.“

„Das im Basisszenario angenommene Kältemittel R410A wird bereits heute zunehmend durch Kältemittel mit geringerem Global Warming Potential (Maß für den Beitrag zum Klimawandel im Vergleich zu CO₂; Anm. d. Red.) ersetzt, mehr Infos dazu siehe unten.“

„Die Annahme bezüglich des Strommix ist zentral für die Klimawirkung und verschiedene weitere Wirkungsindikatoren der Wärmepumpe. Im Basisszenario wird angenommen, dass die Wärmepumpe über ihre Lebensdauer von 20 Jahren mit dem Strommix von 2019 betrieben wird. Allerdings ist die Treibhausgasintensität des deutschen Strommixes seit 2019 bis heute bereits weiter gesunken. Zudem kann bis 2045 in Deutschland mit einer fast vollständigen Dekarbonisierung der Stromerzeugung gerechnet werden. Ein Nebeneffekt der Annahme: Da der Strommix von 2019 in Deutschland noch Kernenergie enthält, ergibt sich zum Beispiel ein erheblicher Anstieg des Indikators ‚Ionising Radiation‘ für die Wärmepumpe gegenüber dem Gaskessel. Dies wäre nicht der Fall, hätten die Autoren den aktuellen Strommix nach Atomausstieg angelegt. Aussagekräftiger als das Basisszenario ist daher die Case Study 2, die eine klimaneutrale Stromerzeugung bis 2045 berücksichtigt und so die tatsächlichen Potenziale der Wärmepumpe gegenüber Gasheizungen besser verdeutlicht. In dieser Case Study steigen die Treibhausgas-Einsparungen der Wärmepumpe allein durch den verbesserten Strommix auf bis zu 83 Prozent gegenüber der Gasheizung.“

„Die gewählten Umweltwirkungskategorien sind absolut typisch für derartige Lebenszyklusanalysen.“

„Aus relativen Änderungen eines einzelnen Wirkungsindikators zwischen zwei betrachteten Produktsystemen – in diesem Fall zwischen Wärmepumpe und Gasheizung (Abbildung 1) – lässt sich aber meist keine direkte Aussage bezüglich eines konkreten Umweltproblems ableiten. Hohe prozentuale Veränderungen sind nur ein Hinweis darauf, dass eine tiefergehende Analyse des entsprechenden Wirkungsindikators erfolgen sollte. Hilfreich für die Analyse der Ergebnisse verschiedener Wirkungsindikatoren kann auch eine Normalisierung (zum Beispiel gemäß ‚International Life Cycle Data system‘, ILCD) sein, wie sie im vorliegenden Artikel in den Supplemental Information erfolgt ist.“

„Die Umwelt- und Klimawirkung von Wärmepumpen ist zum Großteil vom Strommix abhängig, der für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt wird. Zwar weisen viele Kältemittel eine spezifische Klimawirkung auf, die weit oberhalb derer von CO₂ liegt. Dies ist aber nur dann relevant, wenn das Kältemittel bei der Herstellung, dem Betrieb oder der Entsorgung in die Umwelt entweicht. Dies kann durch entsprechende Maßnahmen aber weitestgehend vermieden werden: So dürfen Wärmepumpen bei Inbetriebnahme zum Beispiel nur durch zertifizierte Kältemitteltechniker befüllt werden.“

„Da ein Entweichen von Kältemitteln in die Umwelt aber nie ganz ausgeschlossen werden kann und dies im Zweifel sehr klimaschädlich sein kann, ist eine Regulierung von Kältemitteln durchaus sinnvoll. Dabei ist zu beachten, dass Verbote oder Beschränkungen für den Kältemitteleinsatz in Wärmepumpen erst dann erfolgen sollten, wenn geeignete klima- und umweltfreundlichere Alternativen am Markt verfügbar sind.“

„In Hinblick auf die Studie sei erwähnt, dass das im Basisszenario angenommene R410A ein Kältemittel mit einem besonders hohen Global Warming Potential (GWP) von 2088 ist (das heißt, dass es 2088-mal so klimawirksam ist wie CO₂; Anm. d. Red.), dessen Einsatz in vielen Split-Wärmepumpen bereits seit Anfang 2025 in der EU verboten ist. R410A wird demnach bereits heute in neuen Wärmepumpen zunehmend durch ‚Low-GWP‘-Kältemittel wie R32 oder R290 (Propan) verdrängt, wodurch sich der Klimavorteil von Wärmepumpen gegenüber Gasheizungen weiter verbessert.“

Dieses Statement ist in Zusammenarbeit mit Thomas Hanke, Researcher im Forschungsbereich Sektoren und Technologien am Wuppertal Institut, entstanden.