Mit einer neuartigen Wärmepumpe wollen Forscher künftig Flüsse und Seen in Deutschland als Heizung nutzen. Sie soll sogar bei Temperaturen um den Gefrierpunkt Wärmeanergie liefern.
Ganzjährige Wärme aus regionalen Gewässern: Eine naheliegende Idee, wenn man die Vielzahl von Seen und Flüssen in Deutschland bedenkt. Sie als Wärmequelle zu nutzen ist durch das Konzept der Aquathermie möglich. Dabei wird aus Wasser Wärme entzogen und durch eine Wärmepumpe auf die benötigte Heiz- oder Kühltemperatur gebracht.
Trotz ihres erheblichen Potenzials ist der Ansatz bisher allerdings nur gering verbreitet. Neben regulatorischen Hürden hat das vor allem auch mit technischen Herausforderungen zu tun. Hierzulande sind beispielsweise die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen und die Infrastruktur ein Problem. Forscher aus Sachsen wollen das nun ändern.
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Wärmepumpe aus Sachsen macht Seen und Flüsse zur Heizung
Für das Projekt AQVA-HEAT III haben sich Wissenschaftler der Hochschule Zittau/Görlitz, des Fraunhofer IEG und das Institut für Luft- und Kältetechnik in Dresden zusammengetan, um die ganzjährige Wärmeversorgung durch thermische Nutzung von Oberflächengewässern zu untersuchen.
Dazu hat das Projektteam ein integriertes System entwickelt, das Gewässer als Wärmequelle nutzt. Das Besondere: Das System arbeitet in zwei Hauptstufen und ist speziell für die Nutzung von kaltem Gewässer optimiert.
Wärme selbst bei null Grad Celsius
In der ersten Stufe kommt ein sogenannter Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger (VFE) zum Einsatz. Als Kältemittel wird direkt das Element Wasser genutzt. Das bringt unter anderem den Vorteil, dass es natürlich vorkommt und ungiftig ist.
Durch die Direktverdampfung des Fluss- oder Seewassers unter Vakuum kann die Anlage selbst bei Wassertemperaturen bis zu null Grad Celsius noch Wärme entziehen. Dieser Prozess führt zur Bildung von Flüssigeis und sorgt dafür, dass die Wärmepumpe auch im tiefsten Winter effizient betrieben werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Wasser als Kältemittel ist die hohe Energiedichte. Sie ermöglicht es, auch kleinere Gewässer zu erschließen, als es mit herkömmlichen Anlagen möglich wäre.
Die resultierende Temperatur nach dem VFE liegt laut Fraunhofer IEG konstant bei mindestens 12 Grad Celsius. Eine klassische zweistufige Wärmepumpe hebt das Temperaturniveau in der zweiten Stufe auf bis zu 90 Grad Celsius an, um die Wärme ins Fernwärmenetz der Stadtwerke Zittau einzuspeisen.
So kommt die Energie ins Nahwärmenetz
Eine Herausforderung bei der Konzeption des Projekts lag in der Bewältigung des enormen Temperaturhubs von 12 Grad Celsius auf 90 Grad Celsius. Außerdem musste das Forschungsteam die umfassenden Sicherheits- und Brandschutzanforderungen einhalten, da die Wärmepumpe in einer Halle der Stadtwerke Zittau aufgestellt wird.
Ein essenzieller Bestandteil des Projekts ist zudem die Untersuchung der gewässerökologischen Folgen. Das Forschungsteam analysiert simulativ und experimentell verschiedene Verfahren zur Wasserentnahme und -rückführung, um sicherzustellen, dass die thermische Nutzung der Gewässer keine negativen Auswirkungen auf das Ökosystem hat.
Das Projektteam hat nun einen ersten Meilenstein erreicht: Die Werksabnahme der Wärmepumpe ist Anfang November 2025 in Aarhus erfolgt.
Diese Form der Wärmequellenerschließung bietet Potenziale für Planbarkeit, Versorgungssicherheit und Netzintegration und lässt sich von rund 100 kW (thermisch) bis in Megawattbereiche skalieren, wobei die genutzte Flusswassermenge und die eingesetzte Strommenge vergleichsweise gering bleiben.
Die anschließende Einbindung in die Gesamtanlage will das Projektteam im ersten Halbjahr 2026 durchführen, so das Fraunhofer IEG. Anschließend soll das Gesamtsystem ein Jahr lang in der saisonalen Erprobung laufen.
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