H-BRS-Student berechnet Effizienz von Flusswärmepumpen bei Niedrigwasser

Angesichts des Anstiegs der globalen Temperaturen ist der Einsatz erneuerbarer Energien wichtiger denn je. Im Jahr 2023 stammte in Deutschland nur knapp ein Fünftel der Wärme aus erneuerbaren Quellen. Elektrische Flusswärmepumpen könnten helfen, diesen Anteil zu erhöhen. Sie funktionieren ähnlich wie Wärmepumpen in Gebäuden. Dabei wird die Wärme nicht der Luft, sondern einer kleinen Menge Flusswasser entzogen. Die Temperatur des abgepumpten Wassers wird anschließend durch einen thermodynamischen Prozess erhöht. Die erwärmte Flüssigkeit kann dann beispielsweise in das Heizsystem eines Gebäudes geleitet werden. Nach der Wärmeabgabe wird das abgekühlte Wasser wieder in den Fluss zurückgeleitet. Das Wasser kommt dabei weder mit dem Kältemittel noch mit anderen chemischen Stoffen in Kontakt.

Flusswärmepumpen sind besonders effektiv in Regionen mit stabilen Wasserständen und Temperaturen. Hier setzt die wissenschaftliche Arbeit von Antonius Ashadhiarto Wiryanto an. Der Student der Wirtschaftswissenschaften berechnete in seiner Bachelorarbeit an der H-BRS, ob Flusswärmepumpen auch bei Niedrigwasser effizient arbeiten, und welchen Einfluss dies auf das Gewässer haben könnte. Für seine Analyse eines Rheinabschnitts bei Köln orientierte er sich an einer Flusswärmepumpe, die im Oktober 2023 am Rhein bei Mannheim in Betrieb genommen wurde.

„Der Einsatz von drei Flusswärmepumpen mit einer Leistung von insgesamt etwa 60 Megawatt könnte etwa 10.000 Haushalte in Köln für die nächsten 30 Jahre mit Wärme versorgen“, sagt Wiryanto. „Dadurch könnten außerdem rund 900.000 Tonnen an CO2-Emissionen eingespart werden.“ Seine Berechnungen zeigen auch, dass sich Temperatur und Volumen des Rheins durch den Betrieb der Wärmepumpen nicht wesentlich verändern würden und eine Nutzung auch bei Niedrigwasser möglich wäre.

Betreut wurde die Arbeit von Professorin Dr. Wiltrud Terlau, Direktorin des Internationalen Zentrums für Nachhaltige Entwicklung an der H-BRS, und dem Klimaforscher Dr. Karsten Brandt. Beide sehen aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse ein großes Potenzial für den Einsatz von Flusswärmepumpen. „Ich bin davon überzeugt, dass in den kommenden 20 bis 30 Jahren an vielen Flüssen Deutschlands Wärmepumpen als Energie- und Wärmequelle genutzt werden könnten, um Häuser, Wohnungen und Unternehmen zu beheizen", so Brandt. Terlau ergänzt: „Die Arbeit zeigt, dass Flusswärmepumpen großes Potenzial für den Klimaschutz und damit für den Erhalt unserer Zukunft bieten.“

Aufgrund des fortschreitenden Klimawandels besteht allerdings die Gefahr, dass sich im Laufe der Jahre die stetig sinkenden Wasserstände negativ auf die Wärmeleistung auswirken könnten. Brandt sieht trotz dieser Risiken viele Chancen in der Technologie der Flusswärmepumpen: „Die Arbeit zeigt, dass die genannten Problematiken nur an wenigen Tagen im Jahr den Wärmepumpeneinsatz erschweren würden und die Chancen gutstehen, die Wärme des Rheins zukünftig in Köln zum Heizen und später vielleicht auch zum Kühlen zu nutzen.“