Mikroprojekt AbsoFern

Bis zu 30 Prozent mehr Wärme aus Geothermie gewinnen

Mit thermisch angetriebenen Absorptionswärmepumpen lässt sich zusätzliche Wärme im Fernwärmenetz nutzbar machen. Im Mikroprojekt AbsoFern hat ein Team ein Konzept dafür entwickelt. Projektleiter Dr.-Ing. Manuel Riepl erläutert im Interview, wie die Technik funktioniert und unter welchen Bedingungen sie wirtschaftlich ist.

Herr Dr. Riepl, Sie beschäftigen sich im Mikroprojekt AbsoFern mit einer Absorptions-Wärmepumpe als Fernwärmeübergabestation bei tiefer Geothermie. Was bedeutet das? 

Dr. Manuel Riepl: Eine Fernwärmeübergabestation gibt es in jedem Fernwärmenetz. In Kombination mit einer Absorptionswärmepumpe wird diese zu einer besonderen Übergabestation. Die Wärmepumpe macht sich zunutze, dass in dem Fernwärmenetz noch ungenutzte Arbeitsfähigkeit steckt. Vereinfacht gesagt kommt das warme Wasser aus der Tiefe und wird über das Fernwärmenetz zu den Verbrauchern transportiert. 

Diese entnehmen die benötigte Wassermenge und kühlen sie um einen bestimmten Betrag ab. Klassischerweise liegen die Temperaturen bei etwa 80 bis 85 Grad Celsius im Vorlauf und 50 Grad Celsius im Rücklauf. Diese hohen Vorlauftemperaturen brauchen viele Verbraucher gar nicht. Die verbleibende Energie geht somit verloren. Wenn stattdessen die Absorptionswärmepumpe damit angetrieben wird, kann diese Energie genutzt werden. Die Rücklauftemperatur wird weiter abgesenkt und aus dem gleichen Geothermie-Wasser kann mehr Wärme herausgezogen werden – etwa 20 bis 30 Prozent, die dem Fernwärmenetz wieder zugeführt werden.

Warum wird für die Wärmepumpe keine zusätzliche Energie benötigt?

Eine klassische Wärmepumpe wird elektrisch angetrieben, die Absorptionswärmepumpe hingegen thermisch. Sie benötigt für den Temperaturhub Wärme auf ausreichend hohem Temperaturniveau. Je höher das Nutztemperaturniveau ist, das die Wärmepumpe liefern muss, desto höher muss auch das Antriebstemperaturniveau sein.

Im Kontext des Mikroprojekts AbsoFern ist die Antriebstemperatur um die 90 Grad Celsius, die Nutztemperatur liegt bei 50 bis 60 Grad Celsius und die Quellentemperatur bei 30 oder 45 Grad Celsius. Letzteres ist der Rücklauf aus den Gebäuden, der bisher quasi ungenutzt in das Bohrloch zurückgeführt wird. Ob dieser aber mit 40 oder mit 30 Grad Celsius in die Erde zurückgeht, ist weitestgehend unerheblich – wobei es natürlich auch Wechselwirkungen zu beachten gibt.

Warum ist die Anwendung insbesondere für die Geothermie-Fernwärme prädestiniert?

In der geothermisch unterstützten Fernwärme ist die Anwendung besonders sinnvoll. Jede Kilowattstunde, die mehr aus dem Rücklauf entnommen werden kann, ist geschenkte Wärme. Die Absorptionswärmepumpen nutzen die bestehende Wärme effizienter aus und benötigen keine zusätzliche teure Antriebsenergie. Benötigt wird lediglich die Anlagen-Investition und dafür ein entsprechender Business Case. Es müssen gewisse Randbedingungen erfüllt sein, etwa ausreichende Laufzeiten und Energieumsätze. Unsere Untersuchungen im Projekt zeigen, dass diese Voraussetzungen in vielen Fällen gegeben sind.

Warum ist die Anwendung insbesondere für die Geothermie-Fernwärme prädestiniert?

In der geothermisch unterstützten Fernwärme ist die Anwendung besonders sinnvoll. Jede Kilowattstunde, die mehr aus dem Rücklauf entnommen werden kann, ist geschenkte Wärme. Die Absorptionswärmepumpen nutzen die bestehende Wärme effizienter aus und benötigen keine zusätzliche teure Antriebsenergie. Benötigt wird lediglich die Anlagen-Investition und dafür ein entsprechender Business Case. Es müssen gewisse Randbedingungen erfüllt sein, etwa ausreichende Laufzeiten und Energieumsätze. Unsere Untersuchungen im Projekt zeigen, dass diese Voraussetzungen in vielen Fällen gegeben sind.

Vom Labor zur Praxis: Was das Mikroprojekt AbsoFern gezeigt hat

An welchen Fragestellungen haben Sie im Mikroprojekt AbsoFern gearbeitet und welche Erkenntnisse konnten Sie gewinnen?

Wir haben bei uns im Labor eine klassische einstufige Absorptionswärmepumpe aufgebaut und experimentell bewiesen, dass die für diese Anwendung relevanten Temperaturbereiche technisch funktionieren. Dabei ging es auch darum, zu klären, welche Anpassungen an der Wärmepumpe erforderlich sind, damit der Prozess stabil betrieben und die Effizienz erreicht werden kann. Außerdem haben wir im Mikroprojekt untersucht, welche Anwendungen tatsächlich attraktiv sind. Wir haben geothermische Fernwärmenetzbetreiber angesprochen und konnten hierüber Leistungs-, Netz- und Temperaturdaten sichten. Zudem haben wir Hürden und denkbare Business Cases oder Vertragsmodelle identifizieren können. Fazit ist: Mit der existierenden Wärmepumpentechnik kann diese Anwendung bedient werden, ohne große Anpassungen. Außerdem haben wir positive Rückmeldungen von Netzbetreibern bekommen und arbeiten jetzt daran, in eine Demonstrationsphase überzuwechseln.

Welche Anwendungsfälle sind denkbar und welche Vorteile ergeben sich für die Netzbetreiber?

Der Netzbetreiber hat Interesse daran, den Rücklauf weiter auszukühlen – mit der Maßgabe, dass er ein effizienteres Netz hat und deutlich mehr Energie aus dem gleichen geförderten Volumen rausbekommt. Das heißt, für den eingesetzten Pumpstrom für Geothermie und Netz bekommt er mehr Leistung raus. Das ist ein wirtschaftlicher Vorteil. Deswegen ist es für Netzbetreiber interessant, zu investieren.

Es sind auch Modelle denkbar, bei denen der Verbraucher investiert und nicht mehr die Energiemenge, sondern den Volumenstrom bezieht. Der Netzbetreiber profitiert davon, dass der Strom weiter ausgekühlt wird. Das ist allerdings viel schwieriger, weil die Vertragsmodelle schon relativ zementiert sind.

Wo Absorptionswärmepumpen im Fernwärmesystem eingesetzt werden

Wenn wir über Betreiber und Nutzer sprechen, an welcher Stelle wird die Absorptionswärmepumpe in dieses System integriert?

Die Absorptionswärmepumpe wird dezentral eingesetzt – also nicht an der Energiezentrale des Fernwärmenetzes, sondern beim Verbraucher. Ein prädestinierter Anwendungsfall mit einer relativ großen Leistung wären beispielsweise Bürogebäude, ein Business Park oder auch ein Subnetz – etwa ein Neubaugebiet, das sich an ein bestehendes hochtemperiertes Fernwärmenetz mit niedrigeren Temperaturen anschließt. Ab zusätzlichen Leistungen von etwa 100 bis 200 Kilowatt aufwärts wird das Konzept wirtschaftlich attraktiv. Eine Voraussetzung ist, dass die Temperatur, die der Verbraucher für sein Heizsystem benötigt, niedriger sein muss als die, die im Fernwärmenetz zur Verfügung gestellt wird. Damit kann die Wärmepumpe zusätzliche Wärme ins System bringen.

Ist das Konzept auch auf Fälle abseits der Geothermie-Fernwärme übertragbar?

Das Grundprinzip ist auf viele Anwendungen übertragbar. Als Übergabestation sind die geothermisch-gespeisten Netze aber prädestiniert, weil sich zusätzlich Wärme rausziehen lässt. Wenn man einem konventionell gespeisten Fernwärmenetz – bei dem ein Kraftwerk oder Blockheizkraftwerk einspeist – weitere Energie entziehen würde, dann muss diese Energie auch immer wieder zugeführt werden. Es ist also nichts „kostenlos“ hinzuzugewinnen. Wenn es Leistungsengpässe gibt, kann das aber von Vorteil sein, und die Temperaturabsenkung im Rücklauf hat auch noch andere positive Effekte. Das muss aber wirtschaftlich sehr gut passen und ist nicht ganz so attraktiv wie im geothermischen Umfeld.

Das Interview führte Leona Niemeyer, Wissenschaftsjournalistin beim Projektträger Jülich, während der FVEE-Jahrestagung 2025.