Ihr Name beschreibt nicht die Wunder, die die Wärmepumpentechnologie für das Haus und den Planeten bewirken kann.
Es hat fast 170 Jahre gedauert, aber Erdwärmepumpen sind endlich bereit für einen Moment. Die schlecht benannte Appliance – sie Gebäude zu heizen und zu kühlen – könnte der Schlüssel dazu sein, dass unsere Häuser komfortabler und klimaneutraler sind.
Die Welt befindet sich in einem Nullsummenrennen, um alles zu elektrifizieren und unsere Häuser, Wohnungen und Büros auf die Klimakrise vorzubereiten. Die Nutzung des Bodens als natürliche Wärme- und Kältequelle sowie Strom, um diese Wärme oder Kälte in die Häuser zu transportieren, wäre ein großer Schritt, um genau das zu tun, da wir fossile Brennstoffe und klimaschädliche Chemikalien vermeiden könnten. Und da der Bund und weitere Landesregierungen ihre Vorteile nutzen und Anreize für deren Installation bieten, ist es an der Zeit, Wärmepumpen zu glänzen.
Als Lord Kelvin – ja, der Typ, nach dem die Kelvin-Temperatur benannt ist – in einem Zeitschriftenartikel von 1852 die allgemeine Idee einer Wärmepumpe hatte, dachte er nicht an den Klimawandel. Tatsächlich entstand sein Konzept für die Wärmepumpe teilweise aus der Idee, Kohle effizienter zu nutzen, um Häuser im britischen Winter zu heizen und in den Tropen zu kühlen. In dem Artikel, der im London, Edinburgh und Dublin Philosophical Magazine und Journal of Science veröffentlicht wurde, forderte er etwas mit den “Eigenschaften eines 'perfekten thermodynamischen Motors'”, das eine Wärmepumpe absolut unglaublich klingen lässt.
Kelvin stellte sich eine Dampfmaschine oder eine andere Maschine vor, die Flüssigkeit verdampfte oder kondensierte, um Wärme oder Kühlung zu erzeugen. Die Luft würde durch einen Zylinder an andere Stellen zirkuliert, während ein anderer Zylinder Luft von dieser Stelle anzog. Sein Konzept wurde nie gebaut, aber es wurde die Grundlage für das, was im 20. Jahrhundert kommen sollte, einschließlich Wärmepumpen, die nicht auf Dampfmaschinen oder Kohle angewiesen waren, sondern auf eine andere Quelle nahezu konstanter Temperatur: den Boden.
Es sind diese geothermischen Wärmepumpen, von denen die erste 1912 patentiert wurde, die jetzt der Schlüssel zur Sicherstellung eines kohlenstofffreien Hauses der Zukunft sein könnte. (Ja, es gibt Luft- und sogar Wasserwärmepumpen, aber wir konzentrieren uns hier hauptsächlich auf Geothermie.) Die oberen 91 Meter der Erdkruste haben in den 50er Jahren eine ziemlich konstante Temperatur. Das macht es zu einem idealen Ort, um je nach Jahreszeit Wärme zu pumpen oder abzugeben. Eine Wärmepumpe tut dies, indem sie entweder eine Schleife oder ein langes, gerades Rohr mit Frostschutzmittel in den Boden führt und an ein Gebäude anschließt, in dem eine Pumpe im Inneren über die Rohrschlangen bläst und die Luft verteilt. Im Winter entzieht es der aus dem Boden kommenden Luft im Wesentlichen Wärme und bläst sie in Ihr Zuhause. Im Sommer passiert das Gegenteil. Wenn Sie sich austoben möchten, kann Ihnen dieses alte Haus einige Einzelheiten erzählen.
Der Grund, warum Wärmepumpen für die Häuser im Jahr 2030 unverzichtbar sind, hat damit zu tun, was sie nicht tun benötigen: fossile Brennstoffe. Es gibt kein Propan, Öl, Gas oder Kohle, alle Brennstoffe, die zum Heizen von Gebäuden verwendet werden. Sie produzieren nicht nur Kohlendioxid, sondern auch eine Vielzahl anderer gefährlicher Luftschadstoffe.
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„Wir verbrennen Sachen im Haus und blasen Luft darüber, und es könnte uns möglicherweise umbringen“, sagte Joanne Huang, eine Sonderprojektleiterin bei Otherlab und Mitbegründerin und CEO des Wärmepumpen-Startups Sensible Storage, und beschrieb die Funktionsweise von Öfen das hat mich etwas nervös gemacht. „Letztendlich werden unsere Enkelkinder sagen: ‚Du hast was getan, du hast brennbares Gas in deine Häuser geleitet und Luft durch die frühen 2000er geblasen?‘ Und wir werden sagen: ‚Ja, und wir hatten Kohlenmonoxid-Detektoren‘ um sicherzustellen, dass wir nicht gestorben sind.'”
Geothermische Wärmepumpen, die das Risiko von Explosionen senken, scheinen Grund genug, sie für einen breiteren Einsatz in Betracht zu ziehen (sie machen derzeit nur etwa 1 % aller Heiz- und Kühlsysteme in Häusern aus). Aber es sind die Kohlenstoffvorteile, die sie so unschätzbar machen, wenn wir überlegen, was wir angesichts der Klimakrise mit unseren Häusern, Büros und anderen Gebäuden machen sollen. Ein Ende letzten Jahres veröffentlichter Bericht der Vereinten Nationen ergab, dass Gebäude für 38 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich sind, ein Prozentsatz, der steigt. Einer der Faktoren für den Anstieg ist der verschwenderische Energieverbrauch im Zusammenhang mit Heizen und Kühlen.
Wärmepumpen sind im Vergleich zu fossilen Brennstoffen zum Heizen und Kühlen äußerst effizient und werden ausschließlich mit Strom betrieben. Es stimmt zwar, dass ein Großteil des Stromnetzes immer noch mit Kohle und Erdgas betrieben wird, was bedeutet, dass Ihre saubere Wärmepumpe im Haus möglicherweise von einem schmutzigen Kraftwerk betrieben wird, aber das ändert sich. Es ist auch deutlich einfacher, die Emissionen in den rund 3.300 fossil befeuerten Kraftwerken in den USA zu regulieren als in den Kellern der fast 140 Millionen Haushalte des Landes. Wärmepumpen verbrauchen auch leicht Strom, was sie viel effizienter macht als mit fossilen Brennstoffen betriebene Öfen und Klimaanlagen.
Eine wachsende Zahl von Unternehmen wie das von Huang sieht die Chance, dass Wärmepumpen mit der Solaranlage auf dem Dach synchronisiert werden, um ein sauberes All-in-One-Energie-, Heiz- und Kühlsystem zu schaffen. (Das System von Sensible sowie andere Wärmepumpenkonfigurationen können auch zur Warmwasserbereitung verwendet werden, was den Eigentümern noch mehr Wert verleiht.)
Die Hauptsache, die Wärmepumpen davon abhält, Mainstream zu werden – abgesehen von ihrem schrecklichen Namen, der ihre Wunder nicht richtig hervorhebt – sind die Vorabkosten. Eine Wärmepumpe kann zwischen 5.000 und 10.000 US-Dollar mehr betreiben als ein durchschnittlicher Gasofen. Sie sind zwar effizienter und werden sich mit der Zeit auszahlen, aber das ist ein großer Teil der Veränderung, um Pony zu machen. Innovationen wie die vertikale Integration des Installationsprozesses könnten helfen, die Kosten zu senken. Sich allein auf den freien Markt zu verlassen, ist jedoch nicht die Lösung, und die Regierungen werden eine entscheidende Rolle spielen, um die Einführung zu beschleunigen.
„Geothermie wird immer als teure Technologie angesehen, und sie wurde ausgesondert oder in das kundenspezifische Zuhause verlagert“, sagte Tim Wright, Vice President of Sales des Geothermie-Herstellers Enertech. „Die Leute haben die Idee, dass dies nichts für mich ist, wenn ich kein Herrenhaus baue oder ein individuelles Haus baue.
“Das ist so falsch “, fügte er in einer E-Mail hinzu. „Jeder kann von dieser Technologie profitieren und wird einen monatlichen positiven Cashflow erzielen und über das fortschrittlichste CO2-Reduzierungssystem verfügen, das heute auf dem Markt erhältlich ist.“
Die Installation einer Erdwärmepumpe erfordert auch einige ernsthafte Maschinen. Um Dutzende oder sogar Hunderte von Fuß in die Erdoberfläche zu bohren, sind große Bohrinseln erforderlich, die in neuen Siedlungen, in denen Häuser gebaut werden, gut funktionieren, aber wirklich schwierig in bestehende Nachbarschaften zu manövrieren sind. Neben einer spezialisierten Bohranlage und einem Betreiber müssen Hausbesitzer auch verschiedene Auftragnehmer beauftragen, um den Rest der Installation durchzuführen. Das ist mühsam und kostspielig.
“Wir haben gerade gezeigt, dass die Leute von fossilen Brennstoffen aussteigen wollen.”
Unternehmen wie Dandelion Energy, ein Startup, das aus Googles X-Labor hervorgegangen ist, arbeiten daran, einen Teil dieser Kosten zu senken, indem sie ein One-Stop-Shop sind. Kathy Hannun, die Mitbegründerin von Dandelion, sagte, sie und ihre Partner haben das Unternehmen aus X ausgegliedert, weil es nicht darum ging, eine bahnbrechende Moonshot-Technologie zu entwickeln, sondern herauszufinden, wie man etwas bereits Existierendes und dringend benötigtes auf dem Markt skaliert.
„Wir verbringen viel Zeit damit, darüber nachzudenken, wie wir dieses Kundenerlebnis verbessern können“, sagte sie. Wie machen wir es einfacher, diese Dinge zu installieren? Wie senken wir die Kosten? Es ist mehr Engineering- und Produktarbeit als Grundlagenforschung. Und wir mussten nicht ein Jahrzehnt damit verbringen, zu recherchieren, um etwas zu entwickeln. Es ist eigentlich die Art von Soundproblem, bei der es viel besser ist, schnell zu starten und zu iterieren und von den Kunden zu lernen.“
Das Unternehmen ist derzeit in New York tätig, einem Bundesstaat, der viele Upgrades gebrauchen könnte. Es ist das landesweit beste Bundesland für die Verwendung von Heizöl. (Ich bin in Massachusetts aufgewachsen, Nummer drei auf der Liste und wo mein Großvater ein Hausheizölgeschäft betrieb, und habe bis weit in mein Erwachsenenleben hinein gemerkt, wie seltsam es ist, Öl zum Heizen von Häusern zu verwenden.) Der Staat bietet auch Die Anreize, die Hannun sagte, haben sich verbessert, da Löwenzahn und andere Unternehmen einen Anstieg der Wärmepumpeninstallationen vorangetrieben haben, wodurch eine Art positiver Kreislauf entsteht.
„Die Zeit ist jetzt. Du kannst nicht warten.“
„Wir haben gerade gezeigt, dass die Menschen von fossilen Brennstoffen aussteigen wollen“, sagte sie. „Die Leute wollen auf Wärmepumpen umsteigen, vorausgesetzt, der Preis ist akzeptabel und sie sind überzeugt, dass sie effektiv heizen und kühlen können. Ich denke, das ist ein großer Schritt nach vorne.“
Die Senkung der Kosten ist von größter Bedeutung, um sicherzustellen, dass ärmere Haushalte nicht zurückgelassen werden. Diese Haushalte geben bereits einen unverhältnismäßig großen Teil ihres Einkommens für Versorgungsunternehmen aus, und wenn die Anreize nicht darauf ausgerichtet sind, sicherzustellen, dass sie zu den Erstanwendern und nicht zu den Letzten gehören, wird dies die Ungleichheitslücke weiter vergrößern. Genau darauf setzt ein anderes Startup, BlocPower, indem es Wärmepumpen und andere Energiesparmaßnahmen in 1.100 einkommensschwachen Gebäuden in New York City und Umgebung installiert. Aber mehr Anreize und Vorschriften könnten dazu beitragen, sauberes Heizen und Kühlen noch greifbarer zu machen. Wie die Clean-Energy-Gruppe Rewiring America es in einem umfassenden Bericht für 2020 formulierte: „Wir werden den Klimawandel einfach nicht lösen, wenn wir nicht herausfinden, wie wir allen helfen können, sich die Zukunft zu leisten.“
Damit Wärmepumpen dem Moment gerecht werden und bis 2030 in einer wachsenden Zahl von Haushalten eingesetzt werden müssen, müssen politische Kräfte überwunden werden. Die USA liegen bei der Installation von Wärmepumpen weit hinter Ländern wie Japan, Schweden und Deutschland zurück, teilweise weil diesen Ländern die USA fehlen lack 's scheinbar endlose Versorgung mit Erdgas. Der Anstieg von Erdgas in den USA droht das Klima zu entgleisen, hat aber auch einige mächtige Unterstützer in Form von Ölkonzernen, Republikanern und sogar einigen Demokraten wie dem internationalen Klimaberater von Präsident Joe Biden, John Kerry. Versorgungsunternehmen, die stark in Gas investiert haben, sind auch gegen alle Vorschriften wehrlos, die seine Verwendung einschränken würden, wie z Gasleitung.
„Sie könnten diesem Haus häufiger eine kostenlose Geothermie-Anlage geben, für weniger als die Kosten für den Anschluss an die Gasleitung“, sagte Hannun. „Es gibt viele eingebaute politische Strukturen wie diese, die dazu führen, dass das Spielfeld zwischen einer Elektrifizierungstechnologie und einer Technologie für fossile Brennstoffe noch nicht ganz ausgeglichen ist. Da immer mehr Staaten versuchen, die Elektrifizierung zu fördern, kommen wir meiner Meinung nach näher.“
Solche Regeln müssen jedoch verschwinden, sonst riskieren wir, in den kommenden Jahren immer mehr Häuser an die Wärmequelle der Vergangenheit und nicht der Zukunft zu binden. Dies zuzulassen, ist für Millionen von Menschen ein Hindernis für ein gutes Leben.
Wright sagte, dass die Suche nach längerfristigen Anreizen auf Bundesebene für geothermische Heizung und Kühlung die Entwicklung und Markteinführung weiter beschleunigen könnte. Und noch wichtiger, er merkte an, dass staatliche und staatliche und lokale Versorgungsunternehmen sicherstellen sollten, dass diese Anreize nicht verschwinden, um die Wettbewerbsbedingungen mit fossilen Brennstoffsystemen zu ebnen und „Hausbesitzern, Bauherren, Bauträgern, Architekten, Ingenieuren, allen eine so lange Startbahn zur Planung zu geben“. . Eine Anfang Juni veröffentlichte Analyse von Rewiring America und dem Center for American Progress zeigt, dass ein Programm, das Haushalten mit niedrigem bis mittlerem Einkommen 6.500 US-Dollar und allen anderen 5.000 US-Dollar Rabatte für Wärmepumpen bietet, eine relativ schnelle Akzeptanz und Klimavorteile bewirken könnte. Die Kosten würden 77,4 Milliarden US-Dollar betragen, aber 112,5 Millionen Tonnen Kohlenstoffverschmutzung einsparen oder einen Rückgang von etwa 47 % seit Beginn des Jahrzehnts. Ein Bericht des Sierra Clubs, der letztes Jahr veröffentlicht wurde, spiegelt diese Ergebnisse wider und zeigt, dass die Emissionsreduzierungen der Hälfte des Landes entsprechen, das Autofahren aufzugeben.
Mehr Anreize für Entwickler könnten führen auch zu noch größeren Gewinnen bei geothermischen Fernwärmepumpensystemen, die ganze Nachbarschaften heizen und kühlen, was laut Wright bereits zur nächsten Grenze wird. Aber warten, bis die Grenze kommt, anstatt zu rennen, um sie zu erreichen, ist der Name des Spiels für Wärmepumpen und Hauselektrifizierung.
„Die Zeit ist jetzt. Sie können nicht warten“, sagte Huang. „Es von Anfang an intelligent zu bauen, so niedrige Kosten zu erzielen und es dann an einem Ort auf den Markt zu bringen, an dem es eher früher als später wirklich Wirkung zeigen wird. Wir haben einfach keine Zeit zu warten.“
WeiterlesenBrian KahnPostsEmailTwitter
Managing Editor bei Earther, schreibt über Klimawandel, Umweltgerechtigkeit und gelegentlich meine Katze.