Mit der kleinsten Investition gesetzlich vorbereitet.
Analyse von Primärenergie, Treibhausgasen, saisonaler Verfügbarkeit erneuerbarer Energien und der Biotreppe anhand regionaler Erzeugungsdaten der TransnetBW-Regelzone (2023–2026)
1. Executive Summary
Die Diskussion über Wärmepumpen und Wasserstoff konzentriert sich häufig auf Endwirkungsgrade. Dabei werden jedoch unterschiedliche Systemgrenzen verwendet. Wärmepumpen werden üblicherweise ab Stromzähler bilanziert, während Wasserstoffsysteme von der Photovoltaikanlage bis zum Wärmeerzeuger betrachtet werden.
Ziel dieser Studie ist daher nicht die Bewertung von Gerätewirkungsgraden, sondern die Untersuchung folgender Fragestellungen:
- Wie verändert sich der erneuerbare Anteil der Stromerzeugung zwischen Sommer und Winter?
- Welche Treibhausgas- und Primärenergieeffekte ergeben sich daraus?
- Kann ein H₂-Ready-Heizsystem Investitionen in Wärmepumpe und Flächenheizung teilweise vermeiden?
- Welche Rolle spielt die Biotreppe des GModG?
- Welche saisonalen Energiemengen können mit einem kleinen PV-gekoppelten Elektrolyseur bereitgestellt werden?
Winterstrom → Wärmepumpe
Erdgas
CO₂e:
363 g/kWh
verluste
CO₂e:
363 g/kWh
viele Vergleiche
> 30.000 €
Strompreis:
0,35 €/kWh
Sommer-PV → Wasserstoff
≈ 0 g/kWh
Strompreis:
0 €/kWh*
15.000 €
7.000 €
5.000 €
H₂‑Preis:
0 €/kWh*
2. Die saisonale Verfügungsfalle erneuerbarer Energien
Die Monatsauswertungen offenbaren eine erhebliche saisonale Schere bei der erneuerbaren Stromerzeugung im Bilanzraum:
| Monat / Zeitraum | Erneuerbarer EE-Anteil (Durchschnitt) |
| Juli 2025 (Sommer) | ca. 71 % |
| Januar 2025 (Winter) | ca. 45 % |
| Januar 2026 (Winter) | ca. 37 % |
Zentrale Erkenntnis: Der Anteil erneuerbarer Stromerzeugung sinkt zwischen Sommer und Winter um fast den Faktor zwei. Die Wärmepumpe benötigt jedoch exakt in jenen Wintermonaten den Höchstanteil ihrer Energie, in denen der regionale EE-Anteil am niedrigsten ist. Statische Rechnungen mit einem Jahres-Durchschnittsstrommix bilden diese Realität unzureichend ab.
3. Unterschiedliche Systemgrenzen im direkten Vergleich
Die Wärmepumpe (Klassische Bilanz)
Üblicherweise wird gerechnet: 1 kWh Strom → 3 kWh Wärme (JAZ = 3). Unberücksichtigt bleiben dabei netz- und kraftwerksseitige Verluste, Primäreinsatz und vor allem die jahreszeitliche Herkunft des Stroms. Die tatsächliche Systemkette reicht von der Primärenergie über das Kraftwerk und Transportnetze bis zur Raumwärme.
Der Wasserstoffpfad (Vollständige Kette)
Die Prozesskette PV → Elektrolyse → Verdichtung → Speicherung → H2-Kessel → Raumwärme bilanziert alle Umwandlungsverluste von Beginn an transparent.
4. Treibhausgas- und Primärenergiebilanz
- Wärmepumpe: Berechnet aus Stromverbrauch mal Emissionsfaktor des Netzstroms. Bei einem angenommenen regionalen Mix von 363 g CO2e/kWh und einer JAZ von 3 resultieren etwa 121 g CO2e/kWh Wärme. Im echten Winterbetrieb (mit fossilen Grenzkraftwerken) kann dieser Wert deutlich steigen.
- Wasserstoffpfad: Bei direkter Kopplung mit lokalem PV-Überschussstrom entstehen betriebsbedingt keine fossilen Zusatzemissionen. Die relevanten Emissionen beschränken sich auf die graue Energie der Anlagenerstellung.
5. Fallstudie: Der PV-gekoppelte Elektrolyseur (4.000 VLS)
Betrachtet man einen kompakten Elektrolyseur (z. B. Stack-System mit 0,8 kW elektrischer Leistung) bei einer Auslastung von 4.000 Betriebsstunden pro Jahr (realisiert durch PV-Überschuss und intelligente Laststeuerung):
- Strombedarf: 3.200 kWh(el) / Jahr
- Wasserstoffproduktion: ca. 56 kg H2 / Jahr
- Energieinhalt (Hi): ca. 1.865 kWh / Jahr
- Nutzwärme (Brennwertkessel ca. 95 % Wirkungsgrad): ca. 1.770 kWh(th) / Jahr
6. Speicherbedarf und Logistikrealität bei 300 bar
Legt man einen Speicherdruck von 300 bar in Standard-Flaschenbündeln 16 *50 l zugrunde, ergibt sich eine Speicherkapazität von ca. 16,4 kg H2 (546 kWh(Hi)) je Bündel.
- Die Jahresproduktion des Stacks (56 kg) entspricht rechnerisch etwa 4 Bündeln.
- Für eine vollständige saisonale Langzeitspeicherung im Einfamilienhaus zeigen sich hier rasch physische und platztechnische Grenzen. Sinnvoller sind daher Quartiersansätze oder kontinuierliche Umschlagkonzepte (z. B. Parallelnutzung für Mobilität / EHC).
7. Die gesetzliche Realität: Die Biotreppe des GModG
Das Gebäude-Modernisierungsgesetz (GModG) verlangt für neue Gas- und Ölheizungen im Bestand steigende Quoten erneuerbarer Gase/Wasserstoff (Biotreppe nach § 43 Abs. 1):
| Jahr | Quote | Erforderliche H2-Wärme (bei 15 MWh/a Bedarf) |
| 2029 | 10 % | 1.500 kWh(th) |
| 2030 | 15 % | 2.250 kWh(th) |
| 2035 | 30 % | 4.500 kWh(th) |
| 2040 | 60 % | 9.000 kWh(th) |
Die Jahresproduktion eines kompakten Elektrolyseurs deckt im EFH-Maßstab passgenau die erste Einstiegsstufe (2029) ab.
Die Grenzen der Beimischung
Wichtig zu beachten: 20 Vol.-% Wasserstoff im Erdgas entsprechen energetisch nur rund 7 % des Energieinhalts. Höhere Quotenstufen (ab 2035/2040) lassen sich daher rein über Hausgas-Beimischung kaum erreichen – hier sind 100-%-H2-Geräte, Brennstoffzellen oder Biomethan-Kombinationen unumgänglich.
8. Die entscheidende Investitionsfrage (CAPEX)
Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen vernachlässigen oft die baulichen Folgekosten außerhalb des reinen Wärmeerzeugers:
- Das Wärmepumpen-Szenario im Bestandsbau: Erfordert häufig den Tausch des gesamten Verteilnetzes, größere Heizkörper, Flächenheizungen, einen hydraulischen Abgleich und aufwendige Umbauten zur Senkung der Vorlauftemperaturen.
- Das H2-Ready-System: Bestehende Heizkörper und hohe Vorlauftemperaturen bleiben erhalten. Ein H2-Ready-Brennwertkessel kombiniert mit dezentraler Pufferung vermeidet die massiven Kosten einer Gebäude-Entkernung.
9. Fazit: Der Blick nach vorn
Die TransnetBW-Daten belegen die erhebliche zeitliche Diskrepanz zwischen sommerlicher PV-Erzeugung und winterlichem Wärmebedarf. Während die Wärmepumpe den reinen Endenergiebedarf drückt, löst ein saisonal eingebetteter H2-Pfad ein anderes Problem: die zeitliche und netzunabhängige Entkopplung.
Die Kernfrage lautet folglich nicht, welche Technologie den höchsten Labor-Wirkungsgrad aufweist, sondern:
Kann ein H2-Ready-Heizsystem die gesetzlichen Anforderungen des GModG im Bestandsbau mit einem Bruchteil der Investitionskosten für Umfeld- und Verteilsysteme erfüllen?
Zukünftig entscheidet im Marktvergleich nicht der maximale Wirkungsgrad, sondern die Fähigkeit, sommerliche Überschussenergie mit minimalem Kapitalaufwand (CAPEX) in die Heizperiode zu übertragen.
Planungsrelevante Regelungslücken
- Nachweislücke (§ 96): Der Gesetzestext regelt den Nachweis nur über gewerbliche Lieferantenbestätigungen. Für Eigenerzeugung fehlt ein Nachweisweg. Empfehlung: Messkonzept vorab mit der Landesbehörde (§ 95) abstimmen oder Befreiung nach § 102 Abs. 1 Nr. 1 beantragen.
- Kein Primärenergiefaktor im Neubau: Wasserstoff fehlt in Anlage 4. Nachweise müssen über die Innovationsklausel (§ 103) geführt werden.
- Elektrolyseur-Abwärme: Zählt rechtlich nicht zur Erfüllung der Biotreppe; nur die Wärme aus der H2-Nutzung wird angerechnet.
- Beimischungsgrenze: 20 Vol.-% H2 im Erdgas entsprechen nur ca. 7 % des Energiegehalts. Ab der 10-%-Stufe sind separate H2-Wärmeerzeuger (Brennstoffzelle/Kessel) parallel erforderlich.
10. Bewertung der Use Cases
| Use Case | GModG-Anknüpfung | Bewertung & Fazit |
| A. Wärmepumpen-Hybrid + H2-Brennstoffzelle | § 42 Abs. 2 Nr. 5/7 | Sehr stark: WP deckt Grundlast, Brennstoffzelle liefert Winterstrom + Abwärme. Kein Biotreppen-Nachweisrisiko. |
| B. Quartierslösung / Gebäudenetz | § 3 Abs. 1 Nr. 9a, § 107 | Sehr stark: Hohe Skaleneffekte bei Elektrolyseur, 300-bar-Speicher und Messinfrastruktur. Beste Bankfähigkeit im Gebäudebereich. |
| C. Nicht-Gebäude-Nutzung (Mobilität / Laborgas) | Außerhalb GModG | Sehr stark: Höhere Wertschöpfung je kg H2 als bei reiner Entwertung als Niedertemperaturwärme. |
| D. Gas-Brennwert + H2-Erzeuger (Biotreppe) | § 43 Abs. 1 | Schwach: Übergangslösung 2029–2034. Ab 2035 wird der Speicher- und Mengenbedarf im EFH logistisch unrealistisch. |
11. Fazit
Eigen erzeugter Wasserstoff im Gebäudebereich ist ökonomisch primär als saisonaler Speicher, Resilienzlösung oder im Quartiersverbund sinnvoll. Die bankfähigsten Ansätze sind Quartierslösungen, Wärmepumpen-Hybride mit Brennstoffzelle und die Verwertung von überschüssigem H2 im Mobilitäts- oder Industriesektor.