Wie schaffen wir die Energiewende im Immobiliensektor?

Demonstrationsplattformen move und NEST (im Hintergrund) © Empa

Interview mit Philipp Heer, Leiter e-hub Empa

In den nächsten Jahrzehnten wird die Energiewende in der Immobilienbranche eine zentrale Rolle spielen. Die Energieforschungsplattform der Empa forscht an der Optimierung des Energiemanagements im einzelnen Gebäude sowie in ganzen Quartieren und Städten. Der ehub-Leiter Philipp Heer verrät uns im exklusiven Interview, was der aktuelle Forschungsstand ist und was die Zukunft verspricht. 

Herr Heer, können Sie uns einleitend in wenigen Worten den Energy Hub vorstellen?  

Der Energy Hub – kurz ehub – ist die Energieforschungsplattform der Empa. Gemeinsam mit Forschungs- und Wirtschaftspartnern arbeiten wir hier an Lösungen für eine nachhaltige Energieversorgung. Dies umfasst die Planung als auch den Betrieb von Energiesystemen für das einzelne Gebäude, ganze Quartiere sowie eine nationale Abdeckung. Geforscht wird an den beiden Demonstrationsplattformen NEST und move. 
 

Was sind Beispiele für Projekte, die im ehub erforscht werden?

Viele Projekte drehen sich um die Themenbereiche Sektorkopplung und Flexibilität im Energiesystem. Darin geht es im Wesentlichen um eine integrative Betrachtung und Vernetzung von Strom, Wärme und Mobilität.

Den Bedarf mit den vorhandenen Energiequellen intelligent aufeinander abzustimmen, birgt grosses Potenzial. Ein Gebäude kann erheblich flexibler und effizienter betrieben werden, als es heute grösstenteils der Fall ist. Die Heizung muss etwa nicht immer gleich eingeschaltet werden, sobald eine Wärmeanforderung eintritt. Eine optimale Heizungssteuerung berücksichtigt, ob Solarenergie oder Restwärme im Raum vorhanden ist. Je nach Isolation bleibt Wärme auch bei pausiertem Heizbetrieb zwei bis drei Stunden oder länger komfortabel bestehen. 

Übrigens geht oft vergessen, dass die Sonne nicht nur zur Produktion von Strom oder Warmwasser dienen, sondern ein Gebäude auch passiv heizen kann. Gerade im Winterhalbjahr, wenn weniger erneuerbare Energie zur Verfügung ist, lässt sich durch eine smarte Bauweise und gute Isolierung die Wärme der Sonne, die durch die Fenster und Fassaden eintritt, optimal nutzen. Die gute Isolierung in der Schweiz bedeutet zwar auch, dass der Kühlbedarf im Sommer steigt – doch steht uns dann mehr erneuerbare Energie zur Verfügung, womit die Nachhaltigkeit in der Bilanz deutlich besser ist. 

Ein anderes Beispiel ist die bidirektionale Nutzung der Batterie von Elektroautos: «Vehicle-to-home». Dieser Ansatz bietet eine Möglichkeit, wetterabhängige Energie, beispielsweise von einer Photovoltaikanlage, in der Batterie der E-Autos für die spätere Verwendung zu speichern. Die ungenutzte Energie im Batteriespeicher kann für den Strombedarf in Wohn- und Gewerbeliegenschaften angezapft werden. 
 

Rund 40 Prozent des Energieverbrauchs in der Schweiz fallen in Liegenschaften an. Wo steckt das grösste Einsparpotenzial?

Nicht überraschend ist die Wärmeerzeugung für den grössten Teil des Verbrauchs verantwortlich, womit das grösste Einsparpotenzial effektiv beim Heizen liegt. 

Die Renovations- und Neubaurate beträgt nur rund 1%. Auch im Jahr 2050 werden viele Gebäude noch so bestehen, wie heute. Das heisst, wir müssen insbesondere den Betrieb in Bestandsimmobilien optimieren und Sanierungen so einfach wie möglich machen.

Es gibt jetzt bereits Mittel, um den Verbrauch im Betrieb erheblich zu senken. Ein prädiktiver Heizungsregler beispielsweise spart 20% Energie ein. Im Gegensatz zu einem klassischen Heizregler operiert dieser vorausschauend und berücksichtigt relevante Faktoren wie die Wetterprognosen, die Aussen- und Innentemperatur, solare Gewinne über Panels sowie Fensterflächen. Der Komfort wird nicht eingebüsst, sondern ist sogar höher, weil die Temperatur optimal reguliert wird. Andere Lösungen sind einfach anzubringende Wärmedämmungen, wie Schaumstofflösungen zum Aufspritzen, oder integrierte Solarpanels für Fassaden.

Was in Zukunft dazukommt, ist die voranschreitende Elektromobilität. Zusätzlich zum vorher bereits erwähnten «vehicle-to-home» kann die Batterie des Elektrofahrzeugs auch für «vehicle-to-grid», also das Einspeisen der gespeicherten Energie ins Stromnetz, genutzt werden. Das grosse Potenzial liegt hier vor allem in der Speicherung erneuerbarer Energie – etwa tagsüber produzierte Solarenergie, die abends genutzt werden kann. Die Technologie und Regulatorien dazu sind heute noch in der Entwicklungsphase. 

Was sind allgemein die aktuellen Erwartungen in Bezug auf Elektromobilität, welche gelegentlich auch in der Kritik steht?

Der motorisierte Individualverkehr verlagert sich stark zu elektrobetriebenen Fahrzeugen. Für Lastwagen wird es mehr in die Richtung Wasserstoff und synthetisches Gas gehen. 

Hauptsächlich kritisiert wird die Produktion der Batterien, in welche tatsächlich viel graue Energie fliesst. Diese steht aber in keinem Verhältnis zu den ökologischen Auswirkungen klassischer, mit Benzin oder Diesel betriebener Mobilität. Solarstrom über Vehicle-to-grid zwischenzuspeichern ist zudem grüner, als Kohle-Strom aus dem Netz zu beziehen.

Insgesamt gesehen leistet Elektromobilität einen grossen Beitrag zu einem nachhaltigen Energiesystem. Deshalb setzt sich die Technologie durch und es braucht eine entsprechende Ladeinfrastruktur. Der Stromanschluss ist in Bestandsliegenschaften häufig nicht darauf ausgelegt, da braucht es ein schlaues Energiemanagement. Der gesellschaftliche Wandel zeigt auf, dass es Lösungen geben muss.

E-Ladestationen in einer Geschäftsliegenschaft. © Livit AG

Wie gelingt uns die Ablösung von fossilen Energieträgern?

Diese Ablösung ist noch schwierig, denn es braucht mehr Anreize für die Entwicklung und Nutzung neuer Systeme und Technologien.

Die Schweiz hat in Europa den höchsten Heizöl-Verbrauch bei Gebäuden¹. Wenn es schnell gehen muss, wird bei Sanierungen nach wie vor häufig wieder eine Ölheizung installiert. Hinsichtlich des Ziels Netto-Null müssen wir von fossilem Öl wegkommen und mehr in Richtung Wärmepumpen, Gasheizungen – wenn mit synthetischem Gas oder Biogas betrieben – oder anderen Alternativen wie Pellet-/Holzheizungen und Abwärmequellen gehen. 

Was eine grosse Herausforderung darstellt, ist erneuerbare Energie vom Tag in die Nacht, als auch vom Sommer in den Winter zu bringen. Im Sommer haben wir viel Schmelzwasser, die Stausehen sind voll, das Flusswasser produziert mehr Energie und es steht mehr Solarenergie zur Verfügung. 

Im Winter sind wir Importeure von Energie, vor allem Gas und Strom aus Kohlekraftwerken. Der CO₂-Fussabdruck der genutzten Energie ist dann rund zehn Mal höher als im Sommer. Wir müssen also erneuerbare Energie vom Sommer in den Winter bringen. Mit Batterien geht das nicht – diese verlieren über einen längeren Zeitraum (alles über eine Woche) zu viel Energie. 

Es gibt die thermische Speicherung mittels Erdsonden. Nun braucht man aber immer noch Strom, um die Wärmepumpe zu betreiben. Da kommen neue Technologien wie Power-to-Gas ins Spiel. Diese ermöglicht eine nahezu verlustfreie Speicherung von Überschussstrom im Sommer durch eine Umwandlung in synthetisches Gas. Allerdings sind die Kosten noch sehr hoch und die Anreize gering. Doch genau solche Konzepte braucht es in grossen Skalen, um von den fossilen Energieträgern wegzukommen. 

Sehr positiv ist, dass die bestehende Gas-Infrastruktur gross ist und Gasheizungen mit Verwendung von Biogas und Überschussgas keine schlechte Option sind.

Unumstritten steigt der Strombedarf. Wie kann dieser nachhaltig gedeckt werden?

Da gibt es einen Kampf um die Dachfläche. Soll diese Raum für den Rückkühler der Wärmepumpe, eine Solaranlage, thermische Kollektoren oder eine Terrasse für die Bewohner bieten? Wenn es um die Energie geht, dominiert die Solaranlage. In der Fassade integrierte Solar- / Photovoltaikanlagen können auch Sinn machen. 

In Zukunft wird die isolierte Betrachtung nicht mehr reichen. Es müssen Anreize geschaffen werden, so grosse Photovoltaikanlagen wie möglich zu installieren, damit die Gemeinschaft von der Überschussenergie profitieren kann, die zurück ins Netz geht. Wir werden auch 2050 nicht das Problem haben, dass über das Jahr hinaus gesehen zu viel erneuerbare Energie vorhanden ist. Daher macht es Sinn, so viel wie möglich lokal zu produzieren und die Überschussenergie vom Sommer zu Wasserstoff und synthetischem Gas umzuwandeln.  
 

Welche digitalen Errungenschaften haben bereits jetzt grossen Impact?

Den Smart Meter würde ich nicht gerade als digitale Errungenschaft bezeichnen, dennoch bringt er ein grosses Sparpotenzial mit sich. Der Stromzähler muss nicht mehr analog abgezählt werden, der Smart Meter sammelt die Messdaten digital und sendet einmal am Tag auf die Viertelstunden genaue Werte an den Verteilnetzbetreiber. Anhand dieser Daten kann die Netzauslastung ausgewertet und die Effizienz im System gesteigert werden.

Bis 2028 muss von Gesetzes wegen ein grosser Teil der Liegenschaften mit Smart Metern ausgerüstet sein, was sich sicher positiv auswirkt. Es gibt zudem Startups, die Energiemessgeräte entwickelt haben, mit welchen die einzelnen Verbrauchswerte visualisiert dargestellt werden. Solch einen Sensor kann man einfach zuhause installieren – aber man muss sich selbst darum kümmern, was eine Hürde ist. Die Grundinfrastruktur, dass diese Messdaten für jeden gleich einsehbar sind, gibt es noch nicht.

Im thermischen Bereich nutzt unser Empa-Spin-off Viboo digitale Thermostate, welche durch ihre vorausschauende Algorithmen das Heizungsventil steuern. Die Installation ist eine kleine Sache und bei Radiatoren sowie auch für Boden- und Deckenheizungen möglich. So kann eine gute Menge Energie gespart werden, ohne Komfort einzubüssen. 

Heizungsradiator mir klassischem Heizventil

Sie haben vielversprechende Innovationen erwähnt. Wo sehen Sie die Hürden für die Umsetzung?

Die grössten Hürden sind die Kosten und das Know-how. Neue Technologien und Konzepte wie Power-to-Gas und vehicle-to-grid brauchen Know-how und Business Cases müssen aufgebaut werden, damit sie sich besser verbreiten.

In der Schweiz ist eine Stunde Arbeitsleistung sehr teuer, was auch eine Hürde darstellt. An der Empa arbeiten wir auch an Lösungen, um das abzufedern. Wir schaffen Algorithmen, die anhand des Gelernten Liegenschafts-übergreifend die Wärmeproduktion abgleichen oder spezifische Sanierungsmassnahmen vorschlagen können. Das wäre eine grosse Errungenschaft. Was wir aktuell erleben mit ChatGPT, könnte in einem nächsten Schritt auch mit Messdaten im Immobiliensektor Einzug finden.  

Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass jedes Gebäude ein Unikat ist. Es gibt keine Vorlage, die auf alles passt. 
 

Und was sind die Chancen?

Die grösste Chance ist, dass wir ein extrem innovatives Land sind. Wir sind Jahr für Jahr Innovationsweltmeister in diversen Sektoren. Die Energie- und Baubranche hinken aber stark hinterher. Eine grosse Chance ist, die Digitalisierung in diesen Branchen voranzutreiben. Da sehe ich nach wie vor viel Potenzial. 

Was uns sicherlich hilft, ist die Einbettung der Schweiz im EU-System. Im Alleingang wäre es auf jeden Fall schwierig. Wir profitieren, wenn wir gemeinsame Lösungen finden – zum Beispiel in der Förderung der Wasserstoffwirtschaft, die die Europäische Kommission vorantreibt. So oder so stehen wir als Importeurin in Abhängigkeit vom Ausland, und das werden wir auch bleiben. 

Das Stichwort künstliche Intelligenz ist vorher gefallen: wie wird sie den Bau und Gebäudebetrieb verändern?

KI macht es viel einfacher und treibt die Automatisierung voran. Repetitive Arbeiten werden abgenommen, durchgängige Planungsprozesse müssen nur noch kontrolliert werden. Mit KI kann zudem viel Know-how an noch wenig erfahrene Fachkräfte übermittelt werden. Wir werden schneller und effizienter und das Fehlerpotenzial nimmt ab. 

Beispielsweise kann KI bei der Inbetriebnahme helfen, indem es das Parametrieren der Anlagen beim ersten Einschalten übernehmen kann. Im Betrieb kann eine adaptive KI-ergänzte Gebäudeautomation das Gebäude bei neuen Gegebenheiten wie einem Leerstand oder Mieterwechsel automatisch anpassen. Das geht in den Themenbereich «predictive maintenance», der die automatische Benachrichtigung für Wartungsintervalle, Ersatz, Systemanpassungen oder das Vorschlagen von Sanierungsmassnahmen umfasst. 

Zusammengefasst kann KI einzelnen Stakeholdern im Bau- und Energiebereich sicherlich stark unter die Arme greifen und Mehrwert schaffen.
 

Was könnte ein Zukunftsszenario in 50 Jahren sein? 

Die Menschheit ist gänzlich von fossilen Energien weggekommen. Es wird eine Vielfalt von Technologien zur Energiegewinnung geben, die aufeinander abgestimmt sind. Die Planung wird sich über die Liegenschaftsgrenzen auf Quartier- oder Stadtebene ausdehnen. Sogenannte dezentrale Energiesysteme erlauben die Bereitstellung und Nutzung von Energie aus verschiedenen Quellen.

Wir sind grosse Advokaten dafür, dass die benachbarten Liegenschaften bereits heute in der Planung berücksichtigt werden. Je mehr sich unterschiedliche Gebäude vernetzen, umso günstiger und nachhaltiger wird die Lösung. Eigentlich braucht es nicht eine Heizung pro Gebäude – das ist ineffizient. 

Der Trend zeigt also in Richtung Leben im Verbund. Bisher musste man vieles nicht berücksichtigen, doch je länger, je mehr müssen wir prozessuale Grenzen überdenken, um der Ressourcen- und Energieknappheit gegenüberzutreten. Dabei werden wir Eigentumsverhältnisse, Abrechnungs- und Vergütungssysteme klären müssen. 
 

Trotz der Gewinne solcher dezentraler Energiesysteme muss jedoch mit steigenden Kosten gerechnet werden, oder? 

Heutige Energielösungen sind auf Kosteneffizienz und Komfort getrimmt; nicht auf Nachhaltigkeit. Wird die Perspektive nun auf Nachhaltigkeit gerichtet, werden generell gesehen die Kosten steigen – und dies ist nötig, wenn wir die Klimaziele erreichen wollen. Ein Weg dazu sind auch finanzielle Anreize. Wenn der CO₂-Preis höher wird, rechnet es sich kurz- oder langfristig, eine Wärmepumpe oder eine Elektroladesäule zu installieren. 

Wo stehen wir heute im Vergleich zu vor 60 Jahren, als die Livit gegründet wurde?

Wir befinden uns an einem Wendepunkt, jetzt geht vieles plötzlich schneller. Die Klimaerwärmung und Eisschmelze schreiten schneller voran, aber auch andere Entwicklungen wie bereits angesprochen KI. Daher müssen wir uns im Vergleich zu vor 60 Jahren heute mit ganz anderen Themen auseinandersetzen.

Was Energie betrifft, sind wir viel abhängiger vom Energiesystem als früher und werden es in Zukunft noch mehr sein. Ein längerer Strom-Blackout ist im Katastrophenindex schlimmer gewichtet als eine erneute Pandemie. Wenn Strom eine Woche ausfällt, wird es schwierig; denn alles hängt am Strom. 
 

Abschliessend: Was sind für Sie zusammengefasst die vielversprechendsten Innovationen, auf die wir uns freuen können?

In Liegenschaften wird das bidirektionale Laden mit der Elektromobilität ein grosser Treiber sein sowie Wasserstoff und synthetisches Gas als Energieträger. Wenn sich eine Wasserstoffinfrastruktur durchsetzt, kann mit einer solchen Wärme und elektrische Energie produziert werden – wie mit Erdgas, aber nachhaltiger. 

Im Bereich der Digitalisierung ist eine intelligente Gebäudeautomation vielversprechend, die es mittels Kommunikation zwischen verschiedenen Immobilien erlaubt, Energie auszutauschen. Dafür werden sichere und standardisierte Schnittstellen den Grundstein für eine effiziente und nachhaltige lokale Energienutzung liefern.
 

Vielen Dank für das aufschlussreiche Gespräch!

¹ Quelle: www.swissinfo.ch