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«Ein Gebäude ist heutzutage als Energieproduzent zu betrachten»

Die Energiewende sieht vor, dass mehr erneuerbare Energien genutzt werden sollen. Wo können Gebäude, Quartiere, Regionen oder auch Unternehmen ansetzen? Matthias Sulzer erzählt im Interview, wie dezentrale Energiesysteme dazu beitragen können.

Herr Sulzer, Sie beschäftigen sich im Rahmen Ihrer Forschungen an der Empa unter anderem mit dezentralen Energiesystemen. Was ist darunter zu verstehen?

Die Energiewende, also der Umbau des Energiesystems Schweiz, sieht vor, dass mehr erneuerbare Energie in dieses Energiesystem integriert werden soll. Erneuerbare Energie finden wir jedoch nicht zentral an einem Ort. Das Potenzial für Sonnenenergie oder Erdwärme ist an zahlreichen Orten vorhanden. Diese flächige Verteilung sorgt dafür, dass viele kleinere, dezentrale Einspeisepunkte entstehen. In der Forschung stellt sich darum die Frage, welches System diese vielen Punkte am besten aufnehmen und verarbeiten kann.

 

Welche Möglichkeiten bieten sich da an?

Entweder müssen diese vielen kleinen Einspeisepunkte aggregiert, in eine Zentrale geführt und von dort wieder verteilt werden. Oder man entwickelt dezentrale Energiesysteme, welche sich optimal in das Energiesystem Schweiz einfügen. In einem solchen System ist es unsere Aufgabe, herauszufinden, welche Rolle einem Gebäude, einem Quartier oder einer Region zukommen kann. Wir arbeiten daran, den Prozess von einer zentralen in eine dezentrale Struktur kostengünstig und wirkungsvoll zu gestalten.

 

Ist das ein Thema, welches die Forschung stärker beschäftigt als die Industrie?

Die Anwendung von dezentralen Systemen für Gebäude ist bereits voll im Gang. Auch die Industrie nutzt bereits heute solche Produkte. Unternehmen betreiben zum Beispiel Photovoltaikanlagen, verwenden Batterien oder steigen auf Elektromobilität um. In der Forschung blicken wir jedoch fünf bis zehn Jahre in die Zukunft. Uns interessieren Fragen zum Ausbau von Infrastrukturen, zur Mobilität, zu neuen Technologien. Was soll ausgebaut werden? Will man mehr auf Fernwärmenetze setzen, welche erneuerbare Energie aufnehmen und verteilen? Wie wird die Gasinfrastruktur zukünftig genutzt? Wir sind in einer Transformation. Die Industrie hat ihren Zeithorizont, die Forschung einen anderen.

 

Diese beiden Zeithorizonte sind also gewissermassen versetzt?

Genau, es läuft nach dem Schema Forschung, Entwicklung, Industrialisierung ab. Die Forschung sucht laufend nach neuen Komponenten, neuen Systemen und neuen Lösungen. Aber erst nach einer erfolgreichen Industrialisierung finden diese im Markt auch Anwendung.

 

Nochmals zur Rekapitulation: Wie hängt das dezentrale mit dem zentralen System genau zusammen?

Es geht nicht wirklich um Zusammenhänge, sondern um einen Wandel. Betrachten wir als Beispiel ein Gebäude: Vor zehn, zwanzig Jahren war ein Gebäude ein klassischer «Konsument»: Elektrizität, Gas oder Öl wurden von extern bezogen. Mit der neuen Energiestrategie werden vermehrt neue Technologien wie Photovoltaik oder Batterien in Gebäude eingebaut. Durch diesen Schritt wird das Gebäude immer mehr zu einem «Produzenten». Das Gebäude ist somit sowohl Produzent als auch Konsument, man spricht von einem «Prosument». Es findet eine Dezentralisierung der Energieversorgung statt.

 

Welches Potenzial ergibt sich aus diesem Wandel?

Daraus ergibt sich zum Beispiel die Möglichkeit für sogenannte Eigenverbrauchsgemeinschaften. Nachbarn können sich zusammenschliessen und gegenseitig von der jeweiligen Infrastruktur profitieren: Eine Partei liefert Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage, die andere Partei speichert den Strom dank der Batterie im ihrem Haus. Der Trend der «Sharing Economy» sorgt auch hier dafür, dass beide Parteien von den Vorteilen des anderen profitieren. Und man bewegt sich weg von einem zentralen hin zu einem dezentralen Energiesystem.

 

Wie wird dieser Wandel weitergehen?

In einem weiteren Schritt soll ein dezentrales Energiesystem über die Gebäudegrenze hinaus betrachtet werden. Welche Möglichkeiten bestehen beispielsweise in einem Quartier? Kann ein Quartierspeicher kostengünstiger betrieben werden als eine Vielzahl von Batterien in Gebäuden? Vorteil solcher Überlegungen ist sicher, dass jeweils nicht bei jedem Gebäude eine neue Komponente eingebaut werden muss, sondern dass diese für das ganze Quartier einmal installiert wird.

Bei diesem Wandel geht es darum, die Ordnung des Energiesystems auf die Ziele der Energiestrategie 2050 anzupassen. Nicht ein singuläres System soll bewahrt, sondern ein integrierendes, dezentralisiertes System aufgebaut werden. Dabei werden die Aufgaben auf lokaler, regionaler, nationaler und internationaler Ebene verteilt – je nach Effizienz und Effektivität.

 

Dezentrale Energiesysteme sind also stark ortsgebunden? Gebunden an ein Quartier, an eine Region, oder speziell an eine Energieform?

Genau, darum sehen die Lösungen auch überall anders aus. Es gibt nicht eine Doktrin, die immer dieselbe Lösung für dezentrale Systeme vorschreibt. Vergleicht man beispielsweise die unterschiedlichen Orte Zernez und Zürich Altstetten: Zernez kann Holz effizient nutzen. Das Holz lässt sich vielleicht gerade dort bis zu Ethanol weiterverarbeiten, damit es als Treibstoff verwendet werden kann. In Zürich Altstetten hingegen gibt es wenig Holz, dafür mehr Kehricht, welcher verstromt werden kann. Die Abwärme aus diesem Prozess kann für Heizzwecke genutzt werden.

 

Welche Themen beschäftigen die Forschung momentan konkret?

Ein aktuelles Thema auf Gebäudeebene ist die Integration von Photovoltaiksystemen als architektonisches Element. Man kommt weg von den schwarzen, rechteckigen Platten. Um Photovoltaik ästhetisch in den Gebäudepark zu integrieren, muss diese als gestalterisches Element verstanden werden. Die Forschung beschäftigt sich intensiv mit diesem Thema: Photovoltaik wird farbig, formunabhängig und kann als gestalterisches Fassadenelement verbaut werden.

Ein zweiter Forschungsbereich liegt in der Digitalisierung der Bau- und Energiebranche. Ein ‚grosses‘ Stichwort ist das «Internet of things». Damit werden einfach und günstig Daten gesammelt und das System durch externe Intelligenz – Cloud Plattformen mit Algorithmen – effektiv betrieben. Die Digitalisierung hilft uns, mit der zunehmenden Komplexität durch die Dezentralisierung sinnvoll umzugehen.

 

Zur Person

Matthias Sulzer studierte Gebäudetechnik an der Hochschule Luzern und schloss 1999 den Master an den Universitäten New South Wales und Sydney ab. Von 2003 bis 2017 war er Dozent und Professor für Energie- und Gebäudetechnik an der Hochschule Luzern. Seit 2017 liegt die Leitung des Swiss Competence Center for Energy Research – Future Energy Efficient Buildings & Districts (SCCER-FEEBD) an der Empa in seinen Händen und er doziert an der ETH Zürich.

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