Energiewende

Neue ETH-Studie zur Energiewende: In 30 Jahren könnte jedes Haus sein eigenes Kraftwerk haben

Die Zukunft: Eco-Solar-Häuser mit transparenter Wärmedämmung (hier in Uttwil im Kanton Thurgau).

Die Zukunft: Eco-Solar-Häuser mit transparenter Wärmedämmung (hier in Uttwil im Kanton Thurgau).

2050 sind Häuser, die ohne fremde Energie auskommen, in der Schweiz technisch grossflächig machbar. Sie funktionieren auch im Winter.

Bis 2050 will die Schweiz den CO2-Ausstoss auf netto null senken. Der Anfang Monat vorgestellte Energieplan will Elektroautos und Wärmepumpen statt Ölheizungen. Eine Möglichkeit wären auch Häuser, die keine Energie von aussen brauchen, sondern sich selbst versorgen: Energieautarke Gebäude. Was wie ein Traum tönt, kann gemäss einer im Fachmagazin «PLOS One» publizierten Studie der beiden ETH-Forscher Stefan Pfenniger und Ursin Gstöhl bis 2050 Realität werden.

Dann soll es technisch möglich sein, dass Ein- und Mehrfamilienhäuser in der Schweiz vollständige Selbstversorger sind, in denen zudem auch noch das Elektroauto getankt werden kann. Leicht realisierbar wäre diese Autarkie gemäss der Studie für energiebewusste Menschen in Einfamilienhaushalten, die Elektromobile weniger oft und über kürzere Distanzen verwenden.

In Zukunft wird der Strombedarf in der Schweiz durch die Elektrifizierung des Heizens und der Mobilität weiter ansteigen – und das möglichst CO2-frei. Selbstversorgende Häusern beziehen ihre Energie zum grössten Teil von der Sonne mittels Photovoltaikanlagen.

Die Sonnenenergie fällt bei einem solchen Haus aber nicht gleichmässig an. So kann es sein, dass ein Gebäude übers ganze Jahr gerechnet zwar so viel Solarstrom produziert wie es benötigt. Aber nicht unbedingt dann, wenn der Strom im Haus gebraucht wird – also zum Beispiel im Sommer statt im Winter. Dann entstehen in einem solchen Gebäude Energielücken.

Das ideale Selbstversorgungs-Hauser überbrückt diese Lücken mit Batterien und anderen Stromspeichermöglichkeiten. Dafür muss allerdings viel Energie gespeichert werden. Das ist somit der Knackpunkt für energieautarke Häuser.

In der Zukunft könnten alle Häuser Photovoltaikanlagen auf dem Dach haben – so wie es diese Aldi-Filiale in Ingenbohl heute schon hat.

In der Zukunft könnten alle Häuser Photovoltaikanlagen auf dem Dach haben – so wie es diese Aldi-Filiale in Ingenbohl heute schon hat.

Kurzfristige und langfristige Speicherung im Haus

Bei der Speicherung des Solarstroms rechneten die ETH-Forscher mit zwei verschiedenen Möglichkeiten: Zum einen mit der kurzfristigen Speicherung in Lithium-Ionen-Batterien. Zum anderen mit langfristiger Speicherung mit Wasserstofftanks, mit einem Elektrolyse-Gerät für die Umwandlung des Solarstroms in Wasserstoff und einer Brennstoffzelle für die Stromerzeugung im Haus. So muss es nicht am öffentlichen Netz angeschlossen sein.

Die Untersuchung zeigte, dass urbane, energiebewusste Menschen solche energieautarke Häuser voranbringen. Entscheidend ist aber die Möglichkeit der Sonnennutzung, die durch verschiedene Faktoren beeinflusst wird. Durch die verfügbaren Dach- oder Fassadenflächen und die Effizienzverbesserungen der Solaranlagen über die nächsten Jahrzehnte.

Auf gleichbleibender Fläche erzeugen diese Anlagen immer mehr Strom und erhöhen in Zukunft die Zahl von energieautarken Häusern. Am einfachsten ist die Umsetzung bei Einfamilienhäusern, die den Vorteil haben, dass mehr Solarfläche pro Bewohner zur Verfügung steht als bei Mehrfamilienhäusern. In einem Wohnblock kann man zwar eine grössere und effizientere Solaranlage platzieren. Trotzdem reicht die bestehende Dachfläche meist nicht für alle Bewohner.

Gstöhl und Pfenninger haben auch die Kosten berechnet. Alle vollständig energieautarken Gebäude wären teurer als Haushalte, die zwar vollständig elektrifiziert sind, ihren Strom aber nicht nur vom Hausdach, sondern auch aus dem Netz beziehen. Das hat vor allem mit den hohen Kosten für die Speichersysteme zu tun, also für Batterien und Wasserstofftanks.

Die elektrifizierten Haushalte am Stromnetz wären aber wiederum günstiger als solche, die zum Heizen und für Fahrzeuge noch fossile Brenn-​ und Treibstoffe verwenden. «Solaranlage, Wärmepumpe und Elektroauto lohnen sich also, auch wenn sich die volle Energieautarkie finanziell nicht rechnet», sagt Gstöhl.

Nicht berücksichtigt wurde, dass in Zukunft vielleicht auch das Elektroauto im Haus als Speicher dient. «Das wäre durchaus möglich», sagt Pfenninger. In ihren Überlegungen musste das Haus aber auch in Abwesenheit des Autos weiter unabhängig funktionieren.

, erklärt der ETH Forscher.

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