Klimaneutralität bis 2045: Ziele der Berliner Energiepolitik

Von Dr. Felix Groba

Berlin hat frühzeitig strategische Grundlagen gelegt und Maßnahmen festgelegt, um das Ziel der Klimaneutralität bis 2045 zu erreichen. Eine zentrale Säule hierfür ist das Berliner Energie- und Klimaschutzprogramm. Die Wärmewende, ambitionierte Effizienzstanddarts für öffentliche Gebäude und der Ausbau der Solarenergie sind zentrale Hebel. Die Stadt unterstützt zudem die Flexibilisierung und Digitalisierung des Energiesystems zur Dekarbonisierung und setzt auf den Ausbau der Ladeinfrastruktur. Die Berliner Energiepolitik zielt nicht nur auf eine nachhaltige Energieversorgung, sondern auch auf wirtschaftliche Entwicklung, Innovation und die Attraktivität Berlins.

Ein besonderes Projekt ist die denkmalgeschützte Flughafenanlage Tempelhof. Gemäß der bisherigen Planung sollen beeindruckende 96% der CO2-Emissionen eingespart werden, ebenso wie 44% der Energie. Das Ziel ist es, nachhaltige Lösungskonzepte für dieses historische Bauwerk zu entwickeln und somit auf die Klimaziele des Landes einzuzahlen. Dabei sollten Nutzungsinteressen, Denkmalschutz, Bestandserhalt und Klimaschutz in einem kooperativen Prozess unter Einbeziehung der Beteiligten und der Stadtgesellschaft berücksichtigt werden.

Hydrothermale Geothermie und Aquiferspeicher

Von Dr. Ing. Ali Saadat

Die hydrothermale Geothermie und Aquiferspeicher sind zwei Technologien, die bei der Wärmewende und der Umstellung der Wärmeversorgung auf erneuerbare Energien eine wichtige Rolle spielen, insbesondere in Städten wie Berlin, wo der Bedarf an nachhaltiger Wärmeversorgung hoch ist.
Bei der hydrothermalen Geothermie wird das vorhandene warme Thermalwasser aus der Tiefe genutzt. Dafür werden Bohrungen niedergebracht, um das heiße Wasser an die Oberfläche zu fördern und entweder direkt in einem Nahwärmesystem oder durch den Einsatz von Wärmepumpen zur Raumheizung und Warmwasserversorgung zu nutzen.
Bei Aquiferspeichern werden große unterirdische Wasserschichten als Wärmespeicher genutzt. Hierbei wird überschüssige Wärme, wie z.B. aus Solarenergie, in den Sommermonaten in den Aquiferspeicher eingeleitet und zu einem späteren Zeitpunkt in den Wintermonaten wieder entnommen, um z.B. Gebäude zu beheizen.
Die Erschließung geeigneter geothermischer Ressourcen erfordert jedoch detaillierte Informationen über die geologischen Schichten und die Temperaturgradienten im Untergrund, sowie die Entwicklung geeigneter Technologien zur Wärmeentnahme und -verteilung.
Das Tempelhofer Feld ist eine der wenige Standorte in Berlin, wo gezielte seismische Untersuchungen durchgeführt wurden, um Tieflage und Art potentieller geothermischer Ressourcen zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung können als Grundlage für die Planung und Umsetzung von geothermischen Projekten am Tempelhofer Feld genutzt werden und langfristig dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und die Wärmewende voranzutreiben.

Suffizienz und Effizienz. Neue Wege der Sanierung.

Von Prof. Dr. Elisabeth Endres

Ein Gebäude, das flexibel und resilient gegenüber Nutzungsveränderungen oder auch klimatischen Bedingungen ist, ist nachhaltig. Wenn ein Haus lange hält und unterschiedlichen Anforderungen standhält, ist es nachhaltig.

Die Speichermasse und Massivität von Baustoffen – wie beim Flughafen Tempelhof – hilft, Lastschwankungen auszugleichen, ohne mit Technik gegensteuern zu müssen.

Unsere Arbeit bestimmt, wie viel Energie ein Gebäude im späteren Betrieb braucht, wie viel Energie es erzeugt und wie viel Energie in den Baumaterialien steckt. Wir dürfen nicht nur an der Effizienz der Gebäudehülle schrauben, das ist der große Irrweg, in den wir aktuell laufen.

Ist es denn die Lösung, immer gleich mit einem Produkt zu reagieren oder könnte man es nicht auch wieder einfacher lösen – nämlich baukonstruktiv, über Materialien und nicht immer nur über technische Vehikel, wie etwa mit einer schnelleren Lüftungsanlage? Die Frage ist doch: Braucht man überhaupt eine Lüftungsanlage oder eine Kühlung?

Low-Tech ist eben nicht No-Tech. Ein robustes Betriebsoptimum ist das, was wir unter Low-Tech verstehen. Das Gebäude selbst soll so viel leisten, dass es ziemlich viele Betriebszustände mit einer einfachen Betriebsweise und Handhabung abbilden kann.

Nachhaltigkeit bedeutet nicht nur Sparsamkeit, sondern den richtigen Einsatz von Gebäuden, Materialien und Energien. THF ist ein typisches Beispiel für die Robustheit einer Architektur gegenüber unsicheren Randbedingungen wie unterschiedlichem Nutzerverhalten und auch gegenüber den klimatischen Veränderungen.

Wie wenig ist genug? Das ist ein entscheidender Satz für mich. Das betrifft die Low-Tech-Debatte, das betrifft die Suffizienz, die Bauweise, die Technik. Die Frage, wie wenig genug ist, ist aber auch eine Haltung, eine Strategie, bei der es darum geht, das Machbare mit dem Nötigen zu verknüpfen.

Flughafen Tempelhof, mehr als Europas größtes Baudenkmal?

Von Prof. Dr. Harald Garrecht

Das Flughafengebäude, das eine Länge von ca. 1,2 km aufweist und eine Brutto-Grundfläche von etwa 300.000 m² besitzt, wirft unweigerlich die Frage auf, wie es gelingen könnte, das Denkmal mit seinem künftigen Nutzungskonzept der Klimaneutralität zuzuführen.

Bisherige Planungen sehen vor, 96% CO2-Emissionen und 44% Energie einzusparen. Mit den üblichen Konzepten der Energieversorgung lässt sich dieses Ziel aber nur bedingt erreichen. 

Auf den bisherigen Planungen aufbauend, ist ein neu gedachter, systemischer Versorgungsansatz denkbar. In diesem sollten die gewaltigen Potenziale des großflächigen und großvolumigen Baukörpers bestmöglich genutzt werden.

Mindestens dreimal so viel Energie wie bei Solarstrom lässt sich thermisch mittels der auf den Dachflächen anfallenden solaren Wärme wie auch Umweltwärme gewinnen. Anstelle einer Photovoltaik-Anlage müssten denkmalgerechte Photovoltaik/ Solarthermie-Systeme auf den Dachflächen zum Einsatz gebracht werden. Mit kaskadierten Wärmepumpen ließe sich die über die Dachflächen gewonnene Wärme effizient nutzen, doch bedarf ein solches Projekt die Integration von thermischen Energiespeichern (Eisspeichern, großvolumige Wasserspeicher, thermischer Beladung des Erdreichs). Mit einem auf Flughafengebäude und Umfeld abgestimmten Speicherkonzeptes ließen sich folglich die nicht direkt nutzbaren Wärmegewinne zwischenspeichern. Doch auch die großen Gewinne durch die PV-Eindeckung der Dächer lassen sich nur in überschaubarem Maße direkt im Flughafengelände nutzen oder in das anliegende Stromnetz einspeisen. Daher bedarf es der Integration elektrischer Energiespeicher, um die großen Erträge der auf den Dachflächen installierten PV kurz- bis mittelfristig zwischenspeichern und zeitversetzt nutzen zu können.

Hier könnte sich ein neuartiger hydraulisch-pneumatischer Druckluftenergiespeicher als zukunftsweisend erweisen, der im Rahmen eines Verbundvorhabens in Baden-Württemberg erprobt werden wird. Die bei der elektrischen Be- bzw. Entladung des Speichers freiwerdende Prozesswärme bzw. Prozesskälte lässt sich mittels eines systemintegrierten Wärmetauschers im Gebäude oder im umliegenden Gewerbe nutzen. 

Erfüllt der neuartige elektrische Speicher die Erwartungen, wäre mit der Aufstellung des Speichersystems in einer ungenutzten Fläche des Flughafengebäudes ein elektrischer Energiespeicher mit einer Speicherkapazität von 500 MWhel oder gar 1 GWhel realisierbar. Der PV-Strom könnte nicht nur im Flughafengebäude, sondern auch an die angrenzenden Wohnquartiere zur Nutzung freigegeben werden. Gleichermaßen wäre die anfallende Prozesswärme bzw. Prozesskälte im Flughafengebäude oder im benachbarten Quartier verfügbar. 

Mit der Anbindung des kapazitätsstarken Druckluft-Energiespeichers an das außen anliegende elektrische Versorgungsnetz ließe sich dieser auch netzdienlich betreiben. Damit wäre die Vision greifbar, den Flughafen Tempelhof als aktiven Energiebaustein zu betreiben. Technisch ist es möglich, mithilfe von neuartigen Druckröhren-Speichern 500 MWh Strom oder mehr zu speichern. 

Dieser innovative systemische Ansatz hat das Potenzial, nicht nur eine klimaneutrale Versorgung des Flughafen Tempelhofs sicherzustellen, sondern auch die angrenzenden Quartiere mit in das Energiekonzept einzubeziehen. 

Eine spannende Herausforderung, die es lohnt, in den kommenden Workshops vertieft zu untersuchen: Flughafen Tempelhof – ein energieaktiver und denkmalgerechter Baustein im Versorgungskonzept der Metropole.

Tempelhofer Feld & Flughafengebäude: Künftig ein aktiver Energiebaustein Berlins?

Von Prof. Dr. Harald Garrecht

Das erklärte Ziel des Projekts ist es, ein umfassendes Konzept für einen nachhaltigen und energieeffizienten Flughafen Tempelhof in Berlin zu entwickeln und umzusetzen. Dieses würde auf erneuerbaren Energien basieren und einen möglichst geringen ökologischen Fußabdruck hinterlassen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen wir innovative Technologien und Konzepte zur Energiegewinnung, -speicherung und -nutzung einsetzen.

Eine wichtige Komponente des Konzepts wäre der Energy Power Block THF, der eine hohe Eigenversorgungsquote mit erneuerbaren Energien anstrebt. Dieser Block würde aus einer Vielzahl von Energieerzeugungsanlagen bestehen, darunter Solaranlagen, geothermische Systeme und thermisch aktive Bauteile. Durch die Kombination dieser Technologien wird einen Großteil des Energiebedarfs des Flughafengebäudes aus erneuerbaren Quellen gedeckt.

Auf den Dachflächen des Flughafengebäudes und anderer Gebäude im Bereich des Tempelhofer Feldes können umfangreiche Photovoltaik- oder PVT-Systeme installiert werden. Diese Systeme würden das Sonnenlicht einfangen und in elektrischen Strom umwandeln. Darüber hinaus lässt sich auch die solare Wärme und Umweltwärme gewinnen, um diese für die Wärmeversorgung zu nutzen. Der erzeugte Strom könnte entweder direkt genutzt oder in Batterien oder anderen elektrischen Energiespeichern gespeichert werden, um den nicht direkt nutzbaren Strom bei einem späteren Bedarf bereitstellen zu können und so eine kontinuierliche Versorgung zu gewährleisten.

Ein weiterer vielversprechender Ansatz zur Energieerzeugung wäre die Nutzung von Geothermie. Hierbei wird die oberflächennahe Wärme des Erdreichs genutzt, um Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Es würden fortschrittliche geothermische Systeme eingesetzt, die Wärme aus dem Boden entziehen und sie zur Beheizung der Gebäude oder zur Versorgung von Wärmepumpen nutzen.

Neben der Gewinnung der lokal am THF anstehenden bzw. anfallenden Wärme aus Erneuerbaren kommt auch der Speicherung von Wärme eine große Bedeutung zu. Verschiedene Technologien zur Energiespeicherung sind denkbar, um verfügbare und überschüssige Wärme zu speichern und sie bei Bedarf verfügbar zu machen. Aktuelle Forschungen zeigen, dass beispielsweise Eisspeicher erhebliches Potenzial bieten, mit denen sich die beim Wechsel von der flüssigen zur festen Phase freiwerdende Latentwärme mit angepassten Wärmepumpen über die PVT-Systeme selbst in der Heizperiode nutzen lässt. Die Eisspeicher lassen sich aber auch im Sommer zur Kühlung oder zur Sicherstellung des Betriebs technischer Anlagen und Prozesse vorteilhaft einsetzen. Zusätzlich können hydraulisch-pneumatische Druckluftenergiespeicher eingesetzt werden, um mit der überschüssigen elektrischen Energie die Luft auf hohe Drücke zu komprimieren. Bei Strombedarf lässt sich die Druckluft wieder entspannen und mit hydraulischen Antrieben mittels Generatoren wieder Strom freizusetzen. Dabei besteht die Herausforderung, die bei der Verdichtung anfallende Wärme und auch die bei der Entspannung entstehende Kälte bestmöglich im Energieversorgungskonzept zu nutzen, um einen hohen Gesamtwirkungsgrad zu erzielen.

Des Weiteren sind dezentrale Warmwasserspeicher ein integraler Bestandteil des Energiespeicherkonzepts. Diese Speicher würden überschüssige sensible Wärme speichern, um bei Bedarf Warmwasser für die Gebäudeversorgung bereitzustellen.

Über die Aspekte der Energieeffizienz und die Gewinnung, Nutzung und Speicherung von erneuerbaren Energien hinaus sind aber auch Aspekte der Nachhaltigkeit zu berücksichtigen. Das Konzept würde darauf abzielen, ressourcenschonende Baumaterialien einzusetzen, um den ökologischen Fußabdruck der Gebäude zu minimieren. So sind zum Beispiel recycelte Materialien zu verwenden und auf umweltschädliche Stoffe zu verzichten. Auch das Wasser- und Abfallmanagementprozess ist nachhaltig zu gestalten, um eine effiziente Nutzung von Ressourcen zu ermöglichen und die Umweltlast des THF zu reduzieren.

Das umfassende Konzept für das Tempelhofer Feld und das Flughafengebäude wird also darauf abzielen, eine hochmoderne, nachhaltige und energieeffiziente Umgebung zu schaffen. Es würde auf innovative Technologien und systemische Konzepte setzen, um einen nachhaltigen Umgang mit Energie zu fördern und erneuerbare Ressourcen optimal zu nutzen. Mit diesem Konzept würde das Tempelhofer Feld und das Flughafengebäude zu einem Vorzeigeprojekt für nachhaltige Energiesysteme im Denkmal und eine umweltfreundliche Entwicklung werden.