In Deutschland gibt es etwa 67.000 Blockheizkraftwerke. Die meisten dieser Anlagen werden mit Erdgas betrieben und erhalten eine Förderung nach dem Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz. Statt das Erdgas wie eine normale Therme einfach zu verbrennen und lediglich in Wärme umzuwandeln erzeugen diese Anlagen außerdem „Kraft“, also Strom. Das ist dem Gesetzgeber eine Förderung wert, nämlich den „KWK-Zuschlag“, der einen großen Teil zur Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen beiträgt. Aber warum wird dieser Zuschlag eigentlich gezahlt?
Der Vorteil der Kraft-Wärme-Kopplung soll sein, dass durch die kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom bis zu einem Drittel der Primärenergie eingespart werden soll im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Strom und Wärme. Es lohnt sich, diese Begründung zu hinterfragen. Grundsätzlich lässt sich Energie nicht vermehren: aus einer Kilowattstunde Erdgas lässt sich maximal eine Kilowattstunde Wärme, eine Kilowattstunde Strom oder eine Kombination aus beidem erzeugen. Mehr als eine Kilowattstunde Output ist physikalisch nicht möglich, egal in welcher Maschine der Brennstoff eingesetzt wird.
Moderne Gasthermen mit einem Brennwertkessel haben einen Wirkungsgrad von ca. 99%. Lediglich ein Prozent der eingesetzten Energie geht also verloren. Ältere Gasheizungen, die noch nicht die Brennwerttechnik verwenden, bei der auch die Wärme aus dem Abgas genutzt wird, hatten noch Wirkungsgrade von 70%. Blockheizkraftwerke haben (kombinierte) Wirkungsgrade von 80-95%. Der Wirkungsgrad eines Blockheizkraftwerks ist also schlechter als der einer modernen Gastherme! Die vielzitierte Einsparung von Brennstoff gilt nur im Vergleich zur veralteten Heizwerttechnik. Im Prinzip hat die Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung mit Einführung der Brennwertkessel ihre Daseinsberechtigung verloren, denn ökologisch gesehen wird Erdgas in einem Brennwertgerät effizienter eingesetzt als in einem Blockheizkraftwerk.
Wirtschaftlich betrachtet stellt sich die Situation jedoch anders dar, denn der Energieträger Strom ist hochwertiger als der Energieträger Gas. Während der Gaspreis vor der Energiekrise bei ca. 1,5-2,0 Cent pro Kilowattstunde lag betrug der Strompreis 4,0-5,0 Cent pro Kilowattstunde. Die Wertigkeit von Strom war also um den Faktor 2,5 höher als die von Erdgas. Die Preise von Strom und Gas sind im Rahmen der Energiekrise stark gestiegen (Preis Erdgas derzeit: ca. 5,0 Cent pro Kilowattstunde, Preis Strom derzeit: ca. 14,0 Cent pro Kilowattstunde), der Hebefaktor liegt jedoch noch immer bei etwas über 2,5. Die Stromerzeugung mittels Erdgas führt also zu einer „Veredelung“ der Energie, mit der sich ein Gewinn erzielen lässt, solange die nicht zur Stromerzeugung nutzbare Energie nicht ungenutzt bleibt.
Ein Blockheizkraftwerk setzt – abhängig von der Leistung, Bau- und Fahrweise – etwa 30-40% der Energie in Strom um und den Rest in Wärme bzw. Verlustenergie. Wenn also eine Kilowattstunde Erdgas mit einem Bezugspreis von 5,0 Cent bei einem elektrischen Wirkungsgrad von 30% in 0,3 Kilowattstunden Strom umgewandelt werden, dann kann dieser bei einem Strompreis von 14,0 Cent pro Kilowattstunde für 4,2 Cent verkauft werden – ein Verlustgeschäft. Das Blockheizkraftwerk erzeugt jedoch als „Abfallprodukt“ bei einem thermischen Wirkungsgrad von 50% außerdem noch 0,5 Kilowattstunden Wärme. Diese würde schon bei einem Absatzpreis von 0,8 Cent pro Kilowattstunde zu einer ausgeglichenen Rohmarge führen! Üblicherweise wird die Wärme jedoch zu einem Preis, der sich am Gaspreis orientiert, verkauft, denn die Installation einer Gastherme wäre für viele Endkunden ein realistisches Substitut. Ein Absatz unter dem Substitutionspreis ist aus ökonomischer Sicht nicht erforderlich. So kann man im obigen Zahlenbeispiel davon ausgehen, die Wärme für mindestens ca. 5,0 Cent pro Kilowattstunde absetzen zu können. Zusammen mit dem Erlös aus dem Stromverkauf ergibt sich ein Roherlös von 9,2 Cent pro Kilowattstunde bei Brennstoffkosten von 5,0 Cent pro Kilowattstunde – entsprechend eine Rohmarge von 4,2 Cent pro Kilowattstunde, die zur Deckung von Abschreibungen, Finanzierungskosten und sonstigen Kosten (bspw. Netzentgelte, Steuern, Umlagen, Abgaben) zur Verfügung stehen. Dazu kommen die Zuschüsse nach dem Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz. In der Regel ist der Betrieb eines Blockheizkraftwerks wirtschaftlich, wenn es richtig dimensioniert wird und eine stetige Wärmeabnahme gewährleistet werden kann (beispielsweise durch ein naheliegendes Hallenbad oder einen Industriebetrieb).
Ökonomisch gesehen ist der Einsatz von Erdgas in Blockheizkraftwerken sinnvoll, aus ökologischer Sicht wäre der Brennstoff Erdgas jedoch effizienter in einer Erdgastherme eingesetzt. Die Verstromung von Erdgas in Blockheizkraftwerken ist vor dem Hintergrund des Klimaschutzgedankens bereits heute fragwürdig. Vollends ihre Daseinsberechtigung verlieren Blockheizkraftwerke jedoch, wenn sie nicht mehr mit Erdgas, sondern mit Wasserstoff betrieben werden.
Der erste und offensichtlichste Grund ist, dass Wasserstoff auch in einer Brennstoffzelle verstromt werden kann. Im Rahmen dieser Rückverstromung entsteht Abwärme, eine Brennstoffzelle ist daher eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage mit einem kombinierten Wirkungsgrad von über 90%. Es ist zu erwarten, dass Brennstoffzellen deutlich geringere Wartungskosten haben werden als Blockheizkraftwerke, was deren komparative Wirtschaftlichkeit in Frage stellt.
Das wichtigere Argument gegen einen Einsatz von Wasserstoff in Blockheizkraftwerken ist aber, dass Wasserstoff mit hoher Wahrscheinlichkeit eine höhere Wertigkeit als Strom haben wird. Grüner Wasserstoff wird mit Hilfe von erneuerbarem Strom gewonnen, in der Regel in einem Elektrolyse-Prozess. Bei diesem Prozess kann nur ein Teil des eingesetzten Stroms in Wasserstoff umgewandelt werden, ein großer Teil geht als Abwärme verloren (auch Elektrolyse-Anlagen sind Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen). Aus einer Kilowattstunde Grünstrom können daher höchstens 0,6-0,8 Kilowattstunden Wasserstoff gewonnen werden. Der Wasserstoff muss daher einen höheren Preis pro Kilowattstunde haben als der Strom, aus dem er gewonnen wurde. Die Tatsache, dass erneuerbar gewonnener Strom Grenzkosten nahe Null hat, ändert daran nichts, denn die Opportunität bestimmt den Absatzpreis: solange jemand mehr als Null Euro für den Strom bezahlt hätte, hat dieser auch einen Wert größer Null. Wasserstoff könnte also nur dann günstiger als Strom sein, wenn er allein aus Überschussstrom gewonnen wird oder in Regionen hergestellt wird, wo die Direktnutzung des Stroms mangels Nachfrage oder Übertragungsmöglichkeit (bspw. Nordafrika) nicht möglich ist. In diesen Fällen entstehen jedoch in der Regel nicht unwesentliche Transportkosten, da der Transport von Wasserstoff auf dem Seeweg erstaunlich aufwendig ist (vlg. meinen Beitrag „O Captain! My Captain! Woran der Wasserstoffimport scheitern könnte“). Und die alleinige Nutzung von Überschusstrom zur Wasserstoffherstellung wird den Bedarf voraussichtlich nicht decken können.
Darüber hinaus lässt sich Wasserstoff, wenn er zur Wärmeerzeugung eingesetzt werden soll, genausogut in Brennwertthermen verfeuern wie Erdgas, wobei ähnliche Wirkungsgrade von ca. 99% erzielt werden. Wenn also schon aus dem Wasserstoff Wärme erzeugt werden soll, ist das in einer Brennwerttherme effizienter als in einem Blockheizkraftwerk. Wenn hingegen Strom erzeugt werden soll bietet sich die Brennstoffzelle eher an als ein Blockheizkraftwerk.
Auch wenn also technisch die Nutzung von Wasserstoff in einem Blockheizkraftwerk problemlos möglich ist, ist kein Szenario absehbar, in dem das wirtschaftlich sein könnte. Der Tod der Blockheizkraftwerke ist daher absehbar…
