Welche Energieträger sind für die Gewächshausheizung nach der Energiewende für Gärtnereien überhaupt noch realistisch? Hier suchen wir eine Antwort auf die grosse Herausforderung.

Die Bevölkerung wächst, die Ressourcen an fossilen Energien sind begrenzt. Die Politik möchte den ‘Klimawandel’ stoppen, indem sie von den fossilen Energieträgern wegkommen möchte! Was heisst das für den produzierenden Gartenbau? Sind Alternativen möglich und zu welchem Preis? Wir möchten hier einen Weg zu einer Teil-Dekarbonisierung der Heizenergie aufzeigen, um schliesslich das gesetzte Ziel der fossilfreien Heizung, im Jahr 2040 zu erreichen.

Der Bund hat noch keine Vorschriften bezüglich Gewächshausheizung erlassen. Die Migros will schon ab 2026 nur noch Gemüse aus fossilfreier Gewächshausproduktion einkaufen. Wann wird der Zierpflanzenbau nachziehen?

Mit einem moderateren Ziel prescht auch Bio Suisse mit ihren Richtlinien vor und hat per 1.1.2021 die Beheizung von Gewächshäusern geregelt:

  • Ab 2030 muss 80% der Gewächshaus-Heizenergie ‘erneuerbar’ sein (Ausgenommen Gewächshäuser zur Frostfreihaltung max. 5° C).
  • Ab 2040 muss zu 100% (ohne Ausnahmen) mit ‘erneuerbaren Energieträgern’ geheizt werden.

Neben den bekannten Nachteilen der fossilen Brennstoffe haben Erdgas und Heizöl EL grosse Vorteile.

Die Vorteile einer Ölheizung:

  • Lagerbar
  • Mobil einsetzbar (Warmluftofen)
  • Günstiger Betrieb mit effizienter Heiztechnik
  • Wandelt Energie nahezu verlustfrei in Wärme
  • Anbietervielfalt erhöht die Wirtschaftlichkeit

Vorteile einer Erdgasheizung:

  • Kein Lagerraum nötig
  • Günstiger Betrieb mit effizienter Heiztechnik
  • Ideal für CO2-Düngung im Gewächshaus
  • Unterirdischer Transport (kein Schwerverkehr)
  • Ungiftig für Mensch, Tier, Böden und Gewässer.
  • Schadstoffarm (nahezu schwefelfrei)
  • Vergleichsweise niedrige CO2-Emissionen.

Diese Vorteile wussten Gewächshausbetreiber zu schätzen und jetzt wird ein möglichst schneller Ausstieg aus diesen praktischen Energieträgern sowohl angestrebt wie auch behördlich angeordnet! Die Abkehr aus fossilen Energien wird mit der Ukraine-Krise nochmals dramatisch beschleunigt! Alternative Lösungen gibt es viele, aber keine dieser Alternativen ist überall und für jede Situation rentabel und sinnvoll einsetzbar. Wir reden hier bewusst von alternativen und nicht von erneuerbaren Energien. Keine Energie ist erneuerbar, die Energieträger können nur nachwachsend oder CO2-frei zur Verfügung stehen. Total CO2 frei können praktisch keine Energieträger eingesetzt werden (graue Energie ist meistens nicht vermeidbar).

Alternative Energieträger (fossilfreie Energie):

  1. Biomasse
    a) Holz (Hackschnitzel, Holzpellets)
    b) Biogas
  2. Umweltwärme (Wasser, Luft, Boden)
  3. Solarenergie (Sonnenkollektoren, Photovoltaik)
  4. Abwärme aus Industrie, AKW, Kehrichtverbrennung usw.

1. Biomasse

Biomasse besteht aus nachwachsendem, pflanzlichem Material oder organischen Abfällen. Bei der Verbrennung wird so viel CO2 freigesetzt, wie die Pflanze zuvor durch Fotosynthese gebunden hat. Biomasse gilt somit theoretisch als CO2-neutral. Die graue Energie durch Transport und Verarbeitung (meist nicht CO2-neutral) sollte möglichst gering sein!

a) Holz

Für die Gewächshausbeheizung wird Holz in zwei Varianten eingesetzt:

  • Hackschnitzel (lohnenswert bei hohem Wärmebedarf ab ungefähr 25.000 kWh pro Jahr).
  • Holzpellets (Lösung für kleinere Anlagen < 000 kWh pro Jahr).

Holz ist der älteste ‘CO2-freie’ und nachwachsende, einheimische Energieträger. Das Waldgesetz in der Schweiz limitiert die Holznutzung soweit, wie gleichzeitig der Wald nachwächst. Zum jetzigen Zeitpunkt liegt noch ein grosses Potenzial Holznutzung brach. In Zukunft könnte jedoch die limitierte Nutzung die Preise für Hackschnitzel und Pellets ansteigen lassen.

Hackschnitzel:

Hackschnitzel sind für Warmwasserheizungen in Gewächshausanlagen die meistverwendete Form von Holzheizungen. Aber sowohl bei den Investitionskosten wie bei der Wartung und Pflege ist der Aufwand einer Hackschnitzelheizung bedeutend höher als bei fossilen Brennstoffen. Der Platzbedarf für eine Hackschnitzelheizung ist deutlich größer.

Hackschnitzel müssen trocken und luftig gelagert werden, dafür braucht es ein überdachtes Lager (maximale Lagerdauer 3 Monate). Der Qualitätsunterschied kann,  je nach Lieferant, großen Schwankungen unterliegen. Als Faustformel eines Hackschnitzel-Lagerraums gilt pro 100 kW Heizleistung mind. 200 m³ Vorrat. Verbrauch bei 100 kW Nennleistung bei Volllast: 3,5 m³ Hackschnitzel pro Tag.

Damit die Anlage rund läuft und besser ausgelastet ist, wird ein Wärmepuffer in Form eines WW- Pufferspeichers benötigt.

Eine Hackschnitzelheizung ist eine Grundlastheizung. Die Spitzenlast muss ein zweiter Kessel mit Heizöl oder Gas (evtl. Biogas) übernehmen.

Um ein Nachtrocknen der Hackschnitzel zu begünstigen, wird hier ein Gewächshaus als Lagerraum benutzt. Der Wassergehalt der Holzschnitzel muss unter 30% sein. Je höher der Wassergehalt, desto höher der Wartungsaufwand der Heizung.

Stahlkessel für Hackschnitzel werden mittels gut abgestimmter Transportschnecke von unten in den Brennraum gefördert.

Holzpellets:

Pellets bestehen aus unbehandelten Holzspänen und Sägemehl, das in der holzverarbeitenden Industrie anfällt. Die Späne werden bei höherer Temperatur durch eine Lochmatrize gepresst, wodurch die typische, zylindrische Form entsteht. Es werden keine chemischen Stoffe beigefügt, das holzeigene Bindemittel hält die Pellets in der Form. Bei trockener Lagerung ist die Lagerfähigkeit nahezu unbeschränkt. Auch hier benötigt man einen Puffertank um die Grundlast auszugleichen.

Gegenüber Hackschnitzel sind Holzpellets teurer, beanspruchen aber zum gleichen Heizwert viermal weniger Lagerraum und führen auch zu niedrigeren Wartungskosten. Technik und Anschaffungskosten unterscheiden sich kaum der Hackschnitzelheizung. Wenn man die reinen Energiekosten rechnet, schneiden Pellets jedoch ca. 30% schlechter ab als Hackschnitzel. Dank geringerem Aufwand bei der Wartung wird jedoch ein Teil davon wieder wettgemacht. Holzpellets weisen gegenüber Hackschnitzel eine höhere Energiedichte auf und dank einer einheitlichen trockenen Qualität fällt auch weniger Asche und Schlacke an. Bei der Entscheidungsfindung sollten regionale Gegebenheiten wie Verfügbarkeit und Transportpreise in die Waagschale gelegt werden.

An der IPM 2010 wurde dieser Pellets-Brenner im Vergaserprinzip, als Neuheit vorgestellt. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass zu Beginn Zuverlässigkeitsprobleme bestanden haben! Der technische Fortschritt erlaubt uns heute den Einsatz dieser Brenner an Warmluftgeneratoren, wie hier im Bild zu sehen ist.

b) Biogas

Wenn eine Biogasanlage in der Nähe der Gärtnerei steht, ist das Gas ­– gleich wie Erdgas – nutzbar! Eine solche Anlage selbst zu betreiben, ist in den allermeisten Fällen für die Gewächshausbeheizung alleine zu aufwändig. Biogas war bis dato ca. plus 150 % teurer als Erdgas (in der aktuellen Lage kann sich die Situation jedoch ändern). Biogas kann auch für die Stromproduktion als Blockheizkraftwerk (BHKW) eingesetzt werden. Wer ein BHKW mit Erdgas betreibt, kann mit der Einspeisung von Biogas relativ einfach einen Beitrag zur Dekarbonisierung leisten.

Biogasanlage in der Gärtnersiedlung Rain am Lech D (7 Gärtnerei- Betriebe, total 32 ha). Hier wird mit 4 BHKW Strom produziert und im Energiemix mit Holzschnitzel als Grundlast geheizt. Solche Anlagen können in Schweizer Verhältnissen nur im Verbund mit anderen Abnehmern betrieben werden.

2. Umweltwärme

Die Sonne ist der Ursprung aller Energien. Sonnenenergie ist direkt oder indirekt nutzbar.

Umweltwärme, auch Umweltenergie genannt, ist eine thermische (indirekte) Energie, sie wird aus der Luft, dem Boden oder dem Wasser anhand von Wärmepumpen entnommen. Zur direkten Nutzung der Sonnenenergie können die Sonnenstrahlen entweder Wasser in Sonnenkollektoren aufheizen, oder anhand von Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt werden (Photovoltaik). Die direkteste Nutzung der Sonnenenergie ist das Gewächshaus selbst.

Wärmepumpen sind zur Gewächshausbeheizung weniger effizient als Energie aus Biomasse. Wärmepumpen arbeiten wie ein Kühlschrank nur umgekehrt. Statt dem Kühlraum die Wärme zu entziehen, wird dem Boden (Wasser oder Luft) Wärme entzogen und zur Heizung verwendet.  Das heisst nicht, dass diese in spezifischen Fällen nicht lohnenswert eigesetzt werden kann.

Als Beispiel wurde in Versuchen aufgezeigt, dass Bodenwärmenutzung für die Temperierung von Folientunnel (zur Saisonverlängerung in Übergangszeiten) sehr wohl sinnvoll einsetzbar ist. Auch als Grundlast im Mix mit anderen Energieträgern leisten Wärmepumpen mit verschiedensten Umweltwärmequellen einen Beitrag zur Reduzierung fossiler Brennstoffe. Die Wärme kann, je nach Situation und Ansprüche, aus 10.00 m bis 100.00 m Tiefe entnommen werden. Je tiefer die Sonden reichen, desto weniger Sonden werden benötigt. Weniger ratsam ist die Wärmegewinnung aus Oberflächenwärme mit Flächenkollektoren 1.50 m unter dem Boden, da der Platzbedarf hoch ist und die Anlage im Winter weniger effizient arbeitet.

Um dem Boden (oder Bodenwasser) in Tiefenbohrungen mehr Wärme (tiefe Geothermie 500 – 3’000 m) zu entziehen, sind die Investitionskosten sehr hoch. Die Nutzung von Tiefengeothermie für Gärtnereibetriebe ist vorläufig eine zu hohe Hürde und lässt sich nicht mit den oben erwähnten Wärmeerzeugungsvarianten vergleichen. Es gibt nur sehr wenige Projekte, die erfolgreich umgesetzt werden konnten.

Um jegliche Art von Umweltwärme erfolgreich zu nutzen, müssen Niedertemperaturheizsysteme in den Gewächshäusern installiert sein. Dies entspricht selten den üblichen Installationen. Vorlauftemperaturen  von ca. 40° – 50°C bedeuten deutlich mehr Oberfläche zur Wärmeabgabe, also mehr Heizrohre im Gewächshaus und effizientere WW-WL.-Wärmetauscher.

Seitens Forschung besteht noch Klärungsbedarf betreffend dem Wärmeentzug aus dem Gewächshaus (Kühlung des Gewächshauses) zum Aufladen des Erdspeichers!

Versuchsanlage in einem Folienhaus der Uni Hohenheim: Fünf Erdsonden werden mit Vor- und Rücklauf in ein Bohrloch eingelassen und mit einem Wärmeträger gefüllt. Durch die Umwälzung wird so die Wärme dem Boden entzogen und durch eine Wärmepumpe ins Heizwasser überführt. Erdsonden sind das gebräuchlichste und meist auch wirtschaftlichste Umweltwärme-Heizsystem.
Mix aus Blockheizkraftwerk plus Wärmeentzug aus dem Gewächshaus mittels Luftwärmepumpen ist nur mit einem grossen Wärmepuffer realisierbar.

3. Solarenergie

Solarwärme zum Heizen von Gewächshäusern ist sehr aufwändig! Bei Solarthermie wird die Sonnenenergie direkt über Solarmodule genutzt und heizt so das Wasser auf. Das Problem bei bei einer Solarheizung ist, dass Sonnenenergie in der Nacht nicht und im Winter wenig verfügbar ist. Somit ist ein grosser Pufferspeicher notwendig. Um genügend Warmwasser zu generieren braucht es grosse Flächen von Sonnenkollektoren. Die verfügbaren Flächen werden meist effizienter mit Photovoltaikmodulen für die Stromproduktion genutzt. Solarthermie kann jedoch zur Giesswasser oder Warmwasseraufbereitung effizient genutzt werden.

a) Solarwärme zum Heizen von Gewächshäusern ist sehr aufwändig!
Bei Solarthermie wird die Sonnenenergie direkt über Solarmodule genutzt und heizt so das Wasser auf. Das Problem bei bei einer Solarheizung ist, dass Sonnenenergie in der Nacht nicht und im Winter wenig verfügbar ist. Somit ist ein grosser Pufferspeicher notwendig. Um genügend Warmwasser zu generieren braucht es grosse Flächen von Sonnenkollektoren. Die verfügbaren Flächen werden meist effizienter mit Photovoltaikmodulen für die Stromproduktion genutzt. Solarthermie kann jedoch zur Giesswasser oder Warmwasseraufbereitung effizient genutzt werden.

b) Photovoltaik liefert effizient Strom und ist als Stromlieferant für Wärmepumpen eine gute Alternative.

Photovoltaik auf Arbeits- und Technikräume, gehören zum neuen Standard bei Neubauten. Bei Nachrüstungen muss die Statik berücksichtigt werden.

 

Anschluss an einen Wärmeverbund

Wenn die Möglichkeit besteht, löst man das Energieproblem am elegantesten mit dem Anschluss an ein öffentliches Wärmenetz. Es ist nicht die günstigste Energie, aber die verhältnismässig tiefen Investitionskosten und der kleine Unterhalt machen diese Lösung interessant.

In einem Wärmeverbund werden mehrere Wärmeabnehmer mit Warmwasser aus der Energiezentrale eines Anbieters über eine Fernleitung beliefert. Dieses Warmwasser kann mit verschiedensten fossilfreien Energieträgern aufgeheizt werden. Die Energie kann aber auch von Abwärme aus der Industrie, Kehrichtverbrennungsanlagen oder AKWs stammen. Auch mittels Großwärmepumpen nutzbar gemachte Umweltwärme ist in ein Fernwärmesysteme einspeisbar. Den Anschluss an ein Wärmenetz ist besonders für kleinere Gewächshausflächen wie Anzuchthäuser, Verkaufshäuser oder Gartencenter interessant. Zum Anschluss ans Fernwärmenetz benötigt es, anstelle eines Heizkessels, einen Wärmetauscher. Bei Fernwärme kann zusätzlich ein Pufferspeicher sinnvoll sein.

Der Transport des Warmwassers erfolgt in einem wärmegedämmten Rohrsystem, das üblicherweise erdverlegt ist. Die Heizzentrale wird nicht vom Benutzer, sondern von professionellen Anbietern betrieben.

Einfache Wärmeübertragung  mittels WW-WW-Wärmetauscher. Wärmetauscher benötigen viel weniger Platz als ein Heizkessel. Hier ein Beispiel in der Blumenbörse Heimberg BE.

Vorteile eines externen Wärmeanbieters (Fernwärme):

  • Es werden keine finanziellen Mittel gebunden (Investition entfällt)
  • Energiekosten sind durch langfristige Verträge planbar
  • Rückstellungen für Instandhaltung, Wartung und Ersatz fallen weg
  • Der Gärtner muss sich weder um die Anlage noch um den Brennstoffeinkauf kümmern

Pufferspeicher

Alle alternativen Heizsysteme können ihre Leistung nicht optimal dem Wärmebedarf der Gewächshäuser anpassen. Sie liefern regelmässig Energie, aber die Gewächshäuser benötigen Wärme unregelmässig. Auch mindert das ständige Ein- und Ausschalten von Wärmepumpen die Effizienz und erhöht deren Verschleiss. Pufferspeicher gleichen diese Nachteile aus. Die Dimensionierung des Pufferspeichers ist ein Knackpunkt! Der passende Speicher ist der Schlüssel für die Wirtschaftlichkeit einer Heizungsanlage. Ist ein Pufferspeicher zu klein, kann nicht wirklich effizient geheizt werden. Die Vorteile grosser Speicher sind eine günstigere Wärmenutzung und weniger Brennstoffverbrauch zur Spitzenlastdeckung, die Nachteile sind die höheren Investitionskosten und ein grösserer Wärmeverlust. Diese Vor- und- Nachteile sollten wirtschaftlich gut abgewogen werden. Die Investitionskosten für einen Pufferspeicher sind meist höher als die der Heizungstechnik, die Lebensdauer jedoch einiges länger!

  • Der Speicher sollte tagsüber so viel laden können, wie in der Nacht entladen wird (Tagesspeicher)
  • Weder ein zu grosser noch ein zu kleiner Pufferspeicher rechnet sich wirtschaftlich.
  • Die optimale Größe muss betriebsindividuell berechnet und wirtschaftlich ermittelt werden.

Es lohnt sich hier, eine gründliche und professionelle Berechnung in Auftrag zu geben!

Warmwasser-Pufferspeicher sparen Heizkosten, verlängern die Lebensdauer von Heizungen und Wärmepumpen. Gespeichertes Warmwasser ermöglicht Wärme über einen längeren Zeitraum hinweg nutzbar zu machen.

Lohnt sich der Umstieg auf alternative Energiequellen?

Ungünstige Konstellationen sind:

  • Niedrige Heiztemperaturen, geringe Kesselauslastung
  • Dezentrale Heizsysteme (Warmluftgeneratoren in Folientunnel)
  • Kleinbetriebe
  • Prekäre Platzsituationen (Wohngebiete)
  • Keine Anschubfinanzierung (Fördergelder)

Günstige Konstellationen sind:

  • Hohe Heiztemperaturen, hohe Kesselauslastung
  • Zentralheizung
  • Grössere Betriebe
  • Gute Platzverhältnisse
  • Zuverlässige Brennstofflieferanten
  • Anschubfinanzierung (Fördergelder unbedingt vor der Umstellung sicherstellen)

Schlussfolgerung:

Kleinere Saisonbetriebe werden eher Mühe haben, einen Umstieg eigenfinanziert zu stemmen. In solchen Betrieben ist vor allem ein Anschluss an einen Wärmeverbund interessant. Wenn diese Möglichkeit wegfällt, ist ein Mix aus bestehender Heizung und Bodenwärme die Lösung, um die Grundlast aus fossilen Brennstoffen zu entlasten. Wird noch ein Wohn- und Bürogebäude mitbeheizt, ist eine Pelletsheizung eine gute Option. Ein Betrieb, dem ein Wald angehört, wird sich wohl für eine Holzhackschnitzel-Heizung entscheiden. In jedem Fall sollte für die nächsten 10 Jahre die bestehende Heizung nicht rückgebaut, sondern als Ersatzheizung für die Spitzenlast einzubezogen werden. Auch für grössere Produktionsbetriebe, die sich einen grösseren Kraftakt in der Dekarbonisierung leisten können, gilt es, das richtige Konzept speziell auf die Bedürfnisse des Unternehmens abzustimmen. Rein rechnerisch schneidet für einen Produktionsbetrieb die Kombination aus Holz und Erdgas (oder Heizöl) am besten ab, damit erreicht man 80% fossilfreies Heizen. Um 2040 (spätestens 2050) 100% fossilfrei unterwegs zu sein, könnte später die Alternative zur Spitzenlastabdeckung Biogas (ev. Bioheizöl) heissen.

Heute stellt sich nicht mehr die Frage, ob es sich lohnt, sondern nur noch wann und wie die Umstellung auf Alternativenergie erfolgt. Durch den Druck seitens der Kunden, der Politik und der internationalen Konkurrenz ist der Weg vorgezeichnet. Je früher man sich damit auseinandersetzt, desto einfacher wird die Umsetzung. Wichtig dabei ist, dass vor der Planung ein unabhängiger Energieberater beigezogen wird, der auch für die Freisetzung von Fördergeldern zuständig ist. Denn der Weg zur Dekarbonisierung ist weder einfach noch billig! Interessierte Betriebe können sich zum finanziell unterstützten Beratungsangebot von ProCalor anmelden (siehe www.myclimate.com oder www.dmeag.ch).