Kühlung und Klimatisierung: Die Nachfrage, die niemand eingeplant hat
Die politische Aufmerksamkeit in wohlhabenden nördlichen Ländern gilt der Wärme, denn dort liegen die Emissionen. Weltweit ist die Kühlung das schneller laufende Problem. Sie wird von Einkommen, Verstädterung und steigenden Temperaturen zugleich getrieben, und anders als die meisten Energiebedarfe hat sie eine harte Untergrenze, die das menschliche Überleben setzt.
Warum die Nachfragekurve nach oben biegt
Drei Kräfte drücken gleichzeitig in dieselbe Richtung. Die Einkommen steigen in heißen Ländern, und eine Klimaanlage gehört zu den ersten Anschaffungen eines Haushalts, der sie sich leisten kann. Die Verstädterung verdichtet Menschen in Städten, die wegen des Wärmeinseleffekts mehrere Grad wärmer sind als das Umland. Und das Klima selbst erwärmt sich, was Kühlsaisons verlängert und die Spitzen darin anhebt.
Das Ergebnis ist eine Prognose, die die Internationale Energieagentur als einen der kritischsten blinden Flecken der Energiepolitik bezeichnet hat: eine ungefähre Verdreifachung des Kühlbedarfs bis 2050. Rund 2 Milliarden Geräte stehen heute, und das Wachstum ballt sich dort, wo der Bestand bislang gering ist - Indien, Indonesien, die Philippinen, Nigeria, Brasilien.
Die Verteilung wiegt moralisch ebenso wie zahlenmäßig. In Japan und den USA haben rund 90 Prozent der Haushalte eine Klimaanlage; in Indien ist es ein kleiner Bruchteil davon, bei weit höherer Hitzebelastung. Wer Kühlung am dringendsten braucht, hat sie weitgehend nicht - und Hitze gehört zu den tödlichsten Wetterereignissen überhaupt.
Das macht Kühlung anders als die meisten Energiebedarfe. Effizienzkampagnen, die auf Verbrauchsminderung zielen, stoßen darauf, dass der größte Teil des erwarteten Wachstums Menschen betrifft, die Zugang zu etwas bekommen, das sie in einer Hitzewelle vor dem Tod bewahrt. Das ehrliche Ziel ist deshalb, Kühlung effizient und sauber zu machen und nicht, sie kleiner zu machen.
Das Kältemittelproblem
Eine Klimaanlage ist eine Wärmepumpe, in Kühlrichtung betrieben: Sie bewegt Wärme von innen nach außen mithilfe eines Kältemittels, das in einem Kreislauf verdampft und kondensiert. Der verbrauchte Strom ist nur ein Teil ihrer Klimawirkung.
Die Kältemittel selbst sind starke Treibhausgase. Teilfluorierte Kohlenwasserstoffe, eingeführt als Ersatz für die ozonzerstörenden Fluorchlorkohlenwasserstoffe des 20. Jahrhunderts, haben über hundert Jahre Treibhauspotenziale vom mehrere Hundertfachen bis nahezu Viertausendfachen des Kohlendioxids. R-410A, in Haushaltsgeräten verbreitet, liegt über zweitausend.
Sie entweichen. Kältemittel tritt im Betrieb langsam durch Dichtungen aus, schneller bei schlechter Wartung, und oft vollständig am Lebensende, wenn Geräte ohne Rückgewinnung verschrottet werden. Bei manchen Anlagen trägt der Verlust über die Lebensdauer so viel zur Erwärmung bei wie der verbrauchte Strom - eine Effizienzverbesserung, die das Kältemittel ausblendet, kann also insgesamt das schlechtere Ergebnis bringen.
Die Kigali-Änderung des Montrealer Protokolls von 2016 senkt die weltweite Produktion dieser Stoffe nach einem festen Fahrplan. Unabhängige Prognosen beziffern ihre Wirkung auf bis zu 0,4 Grad vermiedene Erwärmung in diesem Jahrhundert - viel für einen Vertrag über ein Gas, von dem die meisten Menschen nie gehört haben. Ersatzstoffe gibt es: Propan und andere Kohlenwasserstoffe mit Treibhauspotenzialen nahe null, Kohlendioxid selbst, und HFO mit geringem Potenzial. Die Hindernisse sind Brennbarkeit, Druck und die Notwendigkeit, Geräte neu zu konstruieren statt nur eine Flüssigkeit zu tauschen.
Kühlung trifft das Netz zum schlechtesten Zeitpunkt
Der Kühlbedarf ist nicht nur groß, er kommt zur denkbar ungünstigsten Zeit. Er hat seine Spitze am späten Nachmittag heißer Tage, also dann, wenn der Solarertrag fällt, wenn der übrige Bedarf ohnehin hoch ist, und wenn thermische Kraftwerke selbst an Wirkungsgrad verlieren, weil ihr Kühlwasser wärmer ist.
In heißen Regionen bestimmt dieses Zusammentreffen das Netz. Die Höchstlast in weiten Teilen Indiens, am Golf und im Südwesten der USA ist eine sommerliche Nachmittagsspitze, getrieben von Klimatisierung, und ein großer Teil der Erzeugungsleistung besteht allein dafür, einige hundert Stunden davon zu decken. Diese Leistung steht den Rest des Jahres still und muss trotzdem bezahlt werden - wofür es Kapazitätsmärkte gibt.
Darunter liegt eine sich selbst verstärkende Schleife. Klimaanlagen befördern Wärme aus Gebäuden auf die Straße und erwärmen Städte weiter, was den Kühlbedarf erhöht. In dichten Gebieten ist der Beitrag zur Außentemperatur messbar, typischerweise ein bis zwei Grad am Abend - nicht der größte Treiber städtischer Hitze, aber auch nicht nichts.
Zwei Antworten verändern die Form statt der Größe. Wärmespeicher - nachts Eis erzeugen oder Wasser kühlen, wenn Strom günstig ist, und damit über die Nachmittagsspitze kühlen - verschiebt die Last von der Spitze weg und ist in Gewerbebauten gut erprobt. Und Fernkälte, bei der eine zentrale Anlage Wasser für ein ganzes Quartier kühlt, erreicht Wirkungsgrade, die Einzelgeräte nicht schaffen, und ist am Golf Standard.
Was tatsächlich hilft
Der Effizienzabstand zwischen verfügbaren Geräten ist gewaltig und ungenutzt. Die besten Klimageräte am Markt sind rund dreimal so effizient wie die schlechtesten, und die schlechtesten verkaufen sich in den meisten Wachstumsmärkten besser, weil der Kaufpreis niedriger ist und der Käufer die Betriebskosten nicht trägt - ein geteiltes Interesse zwischen Vermieter und Mieter oder Bauträger und Käufer.
Mindestanforderungen leisten deshalb mehr als jede andere einzelne Maßnahme, weil sie die schlechtesten Geräte vollständig vom Markt nehmen. Analysen finden wiederholt, dass schärfere Standards in den großen Wachstumsmärkten den erwarteten Kühlstrombedarf für 2050 um ein Drittel und mehr senken würden, bei negativen Nettokosten für den Käufer über die Produktlebensdauer.
Passive Maßnahmen senken die Kühllast, bevor überhaupt eine Maschine beteiligt ist. Verschattung, helle Dächer, Dämmung, Querlüftung und Speichermasse waren jahrtausendelang das übliche Werkzeug der Architektur heißer Klimazonen und wurden weitgehend aufgegeben, als die Klimatisierung Glastürme überall möglich machte. Ein gut verschattetes, gut gedämmtes Gebäude in heißem Klima braucht einen Bruchteil der Kühlung eines schlecht entworfenen, und die Maßnahmen kosten wenig, wenn sie mitgebaut werden.
Stadtplanung wirkt im größten Maßstab. Bäume, Wasser und helle Oberflächen senken den Wärmeinseleffekt messbar, und eine Stadt, die mehrere Grad kühler ist, braucht in jedem Gebäude anteilig weniger Kühlung. Das ist eine Planungs- und keine Energieentscheidung, was mit dazu gehört, warum es in der Energiepolitik so oft fehlt.
Häufige Fragen
Wie viel Strom verbraucht Kühlung?
Auf die Raumkühlung entfallen weltweit rund 20 Prozent des in Gebäuden verbrauchten Stroms und etwa 10 Prozent des Weltstroms insgesamt. Die Nachfrage soll sich bis 2050 verdreifachen, womit sie die am schnellsten wachsende einzelne Stromnutzung des Planeten ist.
Warum sind Kältemittel ein Klimaproblem?
Teilfluorierte Kohlenwasserstoffe haben Treibhauspotenziale vom mehrere Hundertfachen bis nahezu Viertausendfachen des Kohlendioxids, und sie entweichen im Betrieb durch Dichtungen und oft vollständig bei der Entsorgung. Bei manchen Anlagen trägt der Verlust über die Lebensdauer so viel zur Erwärmung bei wie der verbrauchte Strom.
Was ist die Kigali-Änderung?
Eine Ergänzung des Montrealer Protokolls von 2016, die die weltweite Produktion teilfluorierter Kohlenwasserstoffe nach einem vereinbarten Fahrplan senkt. Unabhängige Prognosen schätzen, dass sie allein bis zu 0,4 Grad Erwärmung in diesem Jahrhundert vermeidet - viel für einen Vertrag über eine einzelne Klasse von Industriegasen.
Warum belastet Kühlung das Netz so stark?
Weil sie an heißen Nachmittagen ihre Spitze hat, genau dann, wenn der Solarertrag fällt, der übrige Bedarf hoch ist und thermische Kraftwerke wegen wärmeren Kühlwassers an Wirkungsgrad verlieren. In weiten Teilen Indiens, am Golf und im Südwesten der USA ist die Jahreshöchstlast ein Sommernachmittag, getrieben von Klimatisierung.
Sollte der Kühlbedarf gesenkt werden?
Der größte Teil des erwarteten Wachstums sind Menschen in heißen Ländern, die Zugang zu etwas bekommen, das Hitzetote verhindert - ihn zu senken ist deshalb das falsche Ziel. Ihn effizient zu machen ist das richtige: Die besten Geräte sind rund dreimal so effizient wie die schlechtesten, und Mindestanforderungen allein könnten den erwarteten Bedarf für 2050 um ein Drittel senken.
