CO2-Fußabdruck

Geld sparen, wenn der Roboter bremst

„Rekuperation“: Diesen Begriff kennen die meisten – so er ihnen überhaupt schon begegnet ist – wohl im Zusammenhang mit Elektro-Autos. Er bezeichnet die Rückgewinnung von Energie beim Bremsen, bei der die Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt und so für den Motor nutzbar wird.

Fast die Hälfte: So groß ist der Anteil der Industrie am gesamten deutschen Stromverbrauch und stellt mit über 230 Terrawattstunden im Jahr den „stromhungrigsten“ Sektor des Landes dar. Entsprechend hoch ist der Kostenanteil für Energie in der Industrie, er beträgt zwischen zehn und über 40 Prozent, je nach Branche. Ein schlechter CO2-Fußabdruck geht einher.

Aus diesen Gründen sind inzwischen mehrere Unternehmen dabei, Rekuperation verstärkt in der Industrie einsetzbar zu machen: Hier wechseln Elektromotoren sehr häufig zwischen Beschleunigen und Abbremsen, etwa, wenn ein Roboterarm sich bewegt und wieder anhält, eine Maschine hin- und herfährt und Ähnliches.

Einsparung: Ständig setzen zahlreiche Elektromotoren Roboter in Bewegung und halten sie wieder an. Die Bremsenergie kann auch durch Rekuperation nutzbar gemacht und dadurch Strom gespart gespart werden.

Das in Puchheim bei München beheimatete Start-up „Gerotor“ zum Beispiel hat einen Hochleistungsspeicher entwickelt und dafür immerhin den „Innovationspreis für Klima und Umwelt 2020“ des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit in der Kategorie „Prozessinnovationen für den Klimaschutz“ erhalten. Gerotor setzt die Schwungmassenspeicher-Technologie ein, um bis zu 60 Kilowatt Spitzenleistung aus Rekuperation zur Verfügung zu stellen. Und das „je Einheit“, wie das Unternehmen mitteilt, von denen mehrere auch parallel zusammengeschaltet und so die Lade- und Entladeleistung noch erhöht werden könne. Der Wirkungsgrad des Systems, dessen Herzstück ein kinetische Energie in Form einer rotierenden Masse speicherndes Schwungrad ist, erreiche dabei bis zu 95 Prozent; die Technik habe eine 20-jährige Lebensdauer, sei wartungsarm und halte „nahezu unendlich viele Lade- und Entladezyklen“ aus, so die Gerotor GmbH.

Ein Schwungmassenspeicher bringt neben der Energierückgewinnung zwei weitere Vorteile mit sich: Er glättet in gewissen Grenzen Lastspitzen beziehungsweise stellt kurzfristig eine besonders hohe Energiemenge zur Deckung einer Spitzenlast zur Verfügung. Außerdem kann die im Schwungrad enthaltene Energie für einen Augenblick lang Stromausfälle überbrücken.

Für die Industrie dürfte aber besonders die Reduzierung des eigenen CO2-Fußabdrucks wichtig sein, denn mutmaßlich immer mehr Kunden werden künftig darauf achten, wie „grün“ ein Produkt hergestellt wurde. Außerdem ist das Kostenargument ein sehr zugkräftiges: Mit rund Dreiviertel entfällt der Großteil des hohen industriellen Energieverbrauchs auf elektrische Antriebe zum Beispiel für Aufzüge, Pressen oder Roboter. Hier Einsparungen zu erzielen, zahlt sich für die Industrie langfristig also erheblich monetär aus.

Uwe Schmalenbach

Anders – und mit zwei Dritteln Autarkie

Mancher unverständige Mitbürger würde möglicherweise rasch den Kopf schütteln. Urteilen, Familie Sippel/Räsch habe einen Spleen. Bewusst ein Leben zu führen, bei dem regenerative Energien betont im Vordergrund stehen, bezeichnen Thoralf Räsch und Kattrin Sippel selbst hingegen als ihr „Hobby“.

Kattrin Sippel und Thoralf Räsch freuen sich schon darauf, bald die größte Menge der benötigten Energie für Haus und Autos selbst produzieren und speichern zu können. Der Mathematiker hat eine 66-prozentige Netzunabhängigkeit errechnet. (Foto: Schmalenbach)

Wie das alles „passiert“ ist, dass erst das eine Haus in Niederkassel und in diesen Tagen ein zweites wenige Hundert Meter weiter auf die Nutzung selbst erzeugten und im eigenen Tank gespeicherten „Grünstroms“ umgestellt wird, vermag das sympathische Paar, das mit den beiden Kindern Ben und Klara sowie zwei Hunden vor den Toren Bonns lebt, gar nicht recht zu erklären. „Ich kann das nicht genau sagen, woher das Interesse an regenerativer Energie rührt oder wann die Begeisterung dafür anfing. Ich stamme eigentlich nicht aus so einem ‚Öko-Haushalt‘. Irgendwann kam einfach der Punkt, an dem uns das Thema interessiert hat“, erzählt Kattrin Sippel. Sie habe seinerzeit ein neues Auto gesucht und mit dem dann erworbenen „Golf GTE“ einen Plug-in-Hybrid gekauft.

Mit dem fährt die Sozialpädagogin vor allen Dingen zur Arbeit als Vertrauensperson für Schwerbehinderte an der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn. Das geht zwar ebenso mit dem im „GTE“ vorhandenen Benzinmotor. Doch Kattrin Sippels Antrieb ist es, diesen so oft wie irgend möglich ausgeschaltet zu lassen und stattdessen mit dem gleichfalls im Fahrzeug verbauten Elektroaggregat vorwärts zu kommen. „Im Winter lasse ich die Fleecejacke dafür auch schon einmal etwas länger an, weil die Heizung im Auto viel Strom zieht“, schmunzelt sie, „mein Ehrgeiz ist es, möglichst viel rein elektrisch zu fahren. Ich schaffe 85 Prozent aller Fahrten – ich glaube, ich bin im Mai dieses Jahres das letzte Mal an einer Tankstelle gewesen…“

Die Aufstockung wächst in den Sommerhimmel über Niederkassel.

Da stand er nun, der „Golf“, vor Kattrin Sippels Haus in Niederkassel. Ihre Mutter hörte sich die Berichte der Tochter über erste Erfahrungen damit interessiert an und meinte plötzlich: „Du brauchst doch dann jetzt auch eine eigene Photovoltaikanlage (PV)“ – und stellte der Tochter kurzerhand das notwendige Budget dafür zur Verfügung.

Nachdem der „GTE“ im Hause Sippel 2017 angeschafft worden war, konnte die PV-Anlage auf dem Dach in Niederkassel im Februar 2018 eingeschaltet werden. Direkt damit verbunden wurde ein Batteriespeicher, der den selbsterzeugten Strom von der Tageszeit unabhängig(er) nutzbar macht. Der „GTE“ wird also beispielsweise zwischen drei und fünf Uhr in der Nacht geladen, damit er morgens für den Weg zur Arbeit aufgetankt parat steht.

„Tja, und dann ist irgendwie so ein ‚Schneeballsystem‘ losgegangen“, resümiert die Sozialpädagogin heute. Wenige Meter weiter, in derselben Straße im trotz der inzwischen fast 41.000 Menschen, die hier in sieben Stadtteilen leben, eher beschaulichen Niederkassel, wohnt seit rund zehn Jahren Kattrin Sippels Partner Thoralf Räsch. In einem Haus, das 1968 errichtet wurde. Wie es im Bestandsbau halt so ist, muss ab und an etwas erneuert werden. Bei einem Spaziergang mit den Hunden Lilly und Helena Ende letzten Sommers diskutierte das Paar darüber: „Wir müssen das Dach machen.“ „Es stammte aus dem Baujahr“, verdeutlicht Thoralf Räsch, der als Mathematiker an der Uni Bonn tätig ist.

Schnell war klar: Die Erneuerung würde 50.000 Euro kosten. „Dann sollten wir doch am besten gleich darüber sprechen, hier für alle Raum zu schaffen“, berichtet Thoralf Räsch von den anschließenden Überlegungen. Anstatt als eine Familie mehr oder minder in zwei Häusern zu leben („Die Straße dazwischen ist unser Flur“, lacht das Paar), wollten sie ihre Haushalte vollständig zusammenlegen und dafür das Haus Thoralf Räschs durch eine Aufstockung vergrößern, damit alle dann vier Bewohner und zwei Hunde ausreichend Platz haben.

Die fertig montierten Holz-Wände wurden per Kran aufs Gebäude gesetzt. (Foto: privat)

Das Bauprojekt jedoch sollte ebenfalls dem Gedanken der Nachhaltigkeit folgen. Kattrin Sippel googelte einfach los: „Holzhaus Rheinland“ – und stieß durch Zufall auf den Zimmereibetrieb Stocksiefen, der nur drei Kilometer weiter im benachbarten Stadtteil Mondorf ansässig ist. Kurz vor Karneval gingen Thoralf Räsch und Kattrin Sippel zu einem ersten Gespräch bei Geschäftsführer Benjamin Stocksiefen, bald darauf wurde das Vorhaben begonnen.

In diesem August sind binnen dreier Tage im Betrieb der Firma Stocksiefen vormontierte Holzwände auf Thoralf Räschs altes Haus gestellt worden. Insgesamt 278 Quadratmeter Wohnfläche wird es so am Ende dort geben. Und das Prinzip des Holzrahmenbaus passt zur „grünen Energie“. Denn die Bauweise nutzt ausschließlich den nachwachsenden Rohstoff Holz. Bei den Dämmungen im Innern der Wände wird gleichermaßen nur nachhaltiges Material verwendet.

Thoralf Räsch erläutert die Raumaufteilung.

Selbstverständlich spielt „grüne Energie“ im umgebauten Gebäude gleichermaßen eine gewichtige Rolle – noch mehr als im Haus Kattrin Sippels: Aufs Dach werden 29 Photovoltaik-Module montiert. Sie liefern eine Spitzenleistung von 9,42 Kilowatt (kW). Die jedoch soll nicht ständig sofort verbraucht oder der Überschuss ins öffentliche Netz eingespeist werden, weshalb ein mit 18 Kilowattstunden (kWh) schon recht üppig dimensionierter Speicher der Osnabrücker Firma „E3/DC“ ebenfalls ins vergrößerte Objekt „einziehen“ wird.

Der größte Speicher jedoch nützt nicht viel beziehungsweise wird nicht optimal eingesetzt, wenn nicht zugleich ein geeigneter „Wechselrichter“ verbaut wird, der andernfalls ein Nadelöhr sein kann. Hier helfen Thoralf Räsch und Kattrin Sippel die Erfahrungen aus ihrem Haus: Der dortige Wechselrichter lässt nur 1.500 Watt Leistung durch. Das führt in der Praxis dazu, dass nicht alle elektrischen Verbraucher, die gerade Strom benötigen, aus dem Speicher von Kattrin Sippel versorgt werden können, obwohl in dem noch genug Kapazität vorhanden wäre. Konkret: Auto laden und Geschirrspüler einschalten funktioniert zeitgleich nicht mit selbsterzeugtem Strom.

Beim neuen Projekt wird darum ein Wechselrichter mit 4.500 Watt integriert: Der, so erläutert Thoralf Räsch, könne den Hausverbrauch für Computer, Fernseher und Co speisen und dennoch zugleich eines der Autos laden. Denn neben dem „GTE“ von Kattrin Sippel hat Räsch einen vollelektrischen „Twizy“, der ebenfalls mit dem selbsterzeugten Strom aufgetankt werden soll.

Durch das Speichersystem nebst entsprechendem Wechselrichter schaffen Sippel-Räschs eine „Autarkie“ von zwei Dritteln, wie der Mathematiker ausgerechnet hat, decken also 66 Prozent ihres Energiebedarfs ohne Zukauf. Wenn das eigene Kraftwerk auf dem neuen Dach nicht zur vollständigen Versorgung ausreicht, wird über den Wechselrichter in solchen Momenten zertifizierter MANN Strom aus dem Westerwald genutzt.

Apropos Westerwald: Die 29 Jahre alte Ölheizung im Keller des Niederkasseler Gebäudes fliegt im Zuge des Umbaus auch direkt raus. Sie wird ersetzt durch eine moderne „ETA“-Pelletheizung. In der sollen die für ihren sehr geringen CO2-Fußabdruck bekannten „Westerwälder Holzpellets“ für Wärme sorgen, wie sie Kattrin Sippel in ihrem Haus ebenfalls seit 2019 als Brennstoff einsetzt. Unterstützt wird die neue Heizung in Thoralf Räschs Haus von Solarthermie auf dessen Dach.

Auch aus dem Garten sieht man die Erweiterung des Hauses bereits deutlich.

„Wir gefallen uns manches Mal darin, anders als der Durchschnitt zu sein“, zwinkert Kattrin Sippel, wenn sie so über den Hang zur regenerativen Energie spricht. Und sie erlebe, wie interessiert Nachbarn seien: „Ach so, so funktioniert das“, höre sie häufig, wenn Mitmenschen zur Baustelle kommen und sich informierten, was die „anderen Nachbarn“ da so treiben. „Oder Pellets angeliefert werden.“

Wobei man sagen muss: Thoralf Räsch und Kattrin Sippel haben auf ihrem bisherigen Weg immer wieder die negative Erfahrung gemacht, dass es schwer ist, die richtigen Partner, kundige Handwerksunternehmen mit kompetenten Ansprechpartnern zu finden, die den Prozess einer solchen Umstellung begleiten können und mögen. Als es, nur zum Beispiel, um eine neue Heizung ging, habe ein örtlicher Betrieb von Pellets abgeraten und zu Gas drängen wollen. Mutmaßlich, weil man sich dort mit der umweltfreundlicheren Pellet-Variante nicht gut genug auskannte.

Auch Firmen zu beauftragen, die sich mit Begriffen wie „Sektorenkopplung“ befassen – darunter versteht man die energetische Kombination von Strom, Wärme und Mobilität im Haushalt –, war mit Arbeit und zeitlichem Aufwand verbunden. Aufgrund der Erfahrungen mit dem kleineren Speicher in Kattrin Sippels Haus wusste die Familie, dass es wichtig ist, zu schauen, wann eine energieintensive Spülmaschine läuft und wann dann das zu ladende Auto sinnvoll dazu geschaltet werden könnte, will man den Solarstrom optimal nutzen. Doch in diesem „Monitoring“ und bei vielen weiteren Aspekten sind, so die Erfahrungen von Kattrin Sippel und Thoralf Räsch, etliche Anbieter noch immer nicht wirklich „zu Hause“.

Marco Lenz von MANN Naturenergie, über den Kattrin Sippel bereits die Versorgung mit „Grünstrom“ für ihr Haus organisiert hatte, stellte letztlich den Kontakt zur Firma „Enatek“ her, einem Hadamarer Ingenieurbüro, das die gewünschte Funktionalität zu planen vermochte.

Mit vielen Anbietern zu sprechen, sich selbst im Thema „schlau zu machen“, das habe schon einige Zeit in Anspruch genommen, nicken die Bauherren abschließend. Doch nun hätten sie eine perfekte Gesamtlösung. „Man muss halt dranbleiben, sich viele Informationen selbst zusammensuchen – das Thema zum Hobby machen“, hebt Thoralf Räsch hervor. Der Lohn für die Mühe: „Die Weihnachtsgans wollen wir alle zusammen hier im neuen, nachhaltigen Haus essen“, zwinkert Räsch.

Uwe Schmalenbach

Vom Baumstamm bis zur Asche

Der „Corona-Effekt“ hat uns verdeutlicht, was wir eigentlich längst wussten: Durch die geringere Nutzung von Verkehrs- und Transportmitteln wird die Luftqualität erheblich besser. Im Zuge der Covid-19-Pandemie konnte in Deutschland und in weiten Teilen Europas ein deutlicher Rückgang der Treibhausgasemissionen gemessen werden. Tatsächlich kommt dem CO2-Fußabdruck, den jeder von uns hinterlässt, eine immer größere Bedeutung zu. Gerade regenerative Energieträger werden diesbezüglich wichtiger, leisten sie doch einen entscheidenden Beitrag für den Klimaschutz. Hierbei sind es vor allem Holzpellets, die eine herausragende CO2-Bilanz aufweisen. Allerdings gilt es, sich genau anzusehen, wie der Wert sich zusammensetzt beziehungsweise welcher Anbieter welche Faktoren zu seiner Ermittlung heranzieht.

Die kleinen Presslinge sind ein besonders kohlenstoffdioxid-armer Brennstoff. Denn nicht nur, dass ihr Ausgangsmaterial – Holz – nachwachsend ist: Bäume entziehen zudem während ihres Wachstums der Umgebung genau so viel CO2, wie bei der Verbrennung des Holzes freigesetzt wird! Außerdem kann die Energie praktisch zeitlich unbegrenzt in den Pellets gespeichert werden.

Nur knapp elf Kilogramm ist der CO2-Fußabdruck der WWP groß. (Foto: Energieagentur NRW)

Gerade im Vergleich mit anderen Energieträgern wie Heizöl – nicht eben der umweltverträglichste Brennstoff, produziert er doch erhebliche Mengen an Treibhausgasen – hinterlassen Holzpellets daher einen hervorragend geringen „Carbon Footprint“: Eine Tonne Westerwälder Holzpellets (WWP) mit nur knapp elf Kilogramm CO2 entspricht dem Energiegehalt von etwa 500 Litern Heizöl. Die Verbrennung von diesen 500 Litern verursachen jedoch einen CO2-Fußabdruck von 1.480 kg!

Die aus getrockneten und naturbelassenen Sägenebenprodukten hergestellten Pellets werden ohne Zugabe chemischer Bindemittel unter hohem Druck gepresst. Pelletheizungen tragen deutlich geringer zum Aufkommen von Feinstaub bei als andere Holz-Energie-Nutzungsarten. All diese Gründe sprechen also für den umweltfreundlichen Brennstoff, und es überrascht nicht, dass die in den 1980er-Jahren in den USA „entdeckten“ Holzpellets längst auch hierzulande ihren Siegeszug angetreten haben.

Die deutsche Pelletbranche befindet sich laut dem Deutschen Pelletinstitut (DEPI), einer Teilorganisation des Deutschen Energieholz- und Pelletverbandes (DEPV), in einem Aufwärtstrend. 2019 wurde die Rekordproduktion von mehr als 2,8 Millionen Tonnen Pellets verzeichnet. Abnehmer sind reichlich vorhanden: Gab es 2011 noch keine Viertelmillion Pelletheizsysteme in Deutschland, waren es 2018 bereits 464.000. Und 2020 sollen es nach einer DEPI-Prognose sogar schon 525.000 sein.

Mit ihrem Klimaschutzplan beabsichtigt die Bundesregierung, die Treibhausgasemissionen im Gebäudesektor – in dem besonders großes Einsparpotenzial liegt – bis 2030 um mindestens 66 Prozent gegenüber dem Niveau von 1990 zu senken. Zudem soll bis 2050 eine weitgehende Treibhausgasneutralität erreicht werden. Pelletheizsysteme werden daher bereits mit Zuschüssen gefördert. Denn der Umstieg von Öl- auf Pelletkessel, so erläutert es der DEPV, könne zur Erreichung der Ziele wesentlich beitragen.

Der regenerative Rohstoff überzeugt demnach im Vergleich zu fossilen Brennstoffen. Der CO2-Fußabdruck von Holzpellets fällt allerdings je nach Hersteller oder Händler durchaus unterschiedlich aus: Ein Unternehmen, das das Ausgangsmaterial für die Pelletproduktion aus dem Ausland bezieht, also allein schon durch lange Transportwege zum Pelletwerk in Deutschland hohe Emissionen verursacht, hat insgesamt betrachtet einen schlechteren „Carbon Footprint“ als ein Unternehmen wie die „Westerwälder Holzpellets“ (WWP), von dem Holz regional eingekauft, der „Abfall“ der Verarbeitung im Sägewerk genutzt und als Pellets im näheren Umkreis von 150 Kilometern ausgeliefert wird.

Der zuletzt 2018 für die WWP ermittelte Fußabdruck beträgt exakt 10,68 Kilogramm CO2 pro Tonne Pellets. Hierbei wurden unter anderem die Einzelwerte aus Produktion, Logistik oder Verpackung addiert. Entscheidend ist aber ebenso, die gesamte Nutzungsphase zu berücksichtigen – also quasi vom Baumstamm im Wald bis zur Asche der Pellets nach der Verbrennung im heimischen Heizungskessel alle Emissionen von Kohlenstoffdioxid zu betrachten.

Der Brennstoff kann ohne besondere Sicherheitsvorkehrungen selbst in einem mit Textilmaterial bespannten Silo bevorratet werden und speichert seine Energie im Prinzip unbegrenzt. (Foto: Ökofen)

Logischerweise liegt dieser Wert immer höher, als wenn Hersteller – werbewirksam, jedoch „nicht die ganze Wahrheit“ – lediglich den reinen CO2-Fußabdruck des isoliert betrachteten Pellets nennen. Um Pellets unterschiedlicher Herkunft hinsichtlich ihrer Umweltfreundlichkeit überhaupt vergleichen zu können, müsste man sich also immer eine genaue Beschreibung einholen, was alles in einen kommunizierten CO2-Fußabdruck eingeflossen ist – und, noch wichtiger, was vielleicht nicht…

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