Neben industriellen und gewerblichen Prozessen können auch Umwelt- und Abwärmequellen zur klimafreundlichen Wärmeversorgung genutzt werden – etwa aus Grundwasserleitern (Aquiferen), der Kanalisation oder aus Seen und Flüssen (See- und Flussthermie). Für die Erschließung dieser Quellen sind Großwärmepumpen erforderlich.
In Deutschland werden industrielle Abwärme sowie Umweltwärme aus Gewässern bislang noch weitgehend ungenutzt gelassen, obwohl das Potenzial beträchtlich ist. Nach Angaben des Ifeu, Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg, liegt das technische Nachfragepotenzial für netzgebundene Abwärme bei rund 32,1 Terawattstunden (TWh) pro Jahr. Das entspricht etwa fünf Prozent des gesamten deutschen Wärmebedarfs.
Über Wärmeübertrager und Großwärmepumpen lässt sich diese Energie in Wärmenetze einspeisen. Während solche Systeme in Deutschland noch wenig verbreitet sind, ist man in den Niederlanden deutlich weiter: Dort sind bereits rund 2 800 solcher Anlagen allein für die Nutzung von Seethermie in Betrieb. In Deutschland wird diese Technik bislang vor allem erprobt, etwa im Zwenkauer See bei Leipzig. Flusswasserwärmepumpen werden hierzulande hingegen zunehmend realisiert.
Mannheim als Vorreiter
Ein prominentes Beispiel ist Mannheim. Dort wurde bereits eine erste Großwärmepumpe mit 20 MW thermischer Leistung installiert, die dem Rhein pro Sekunde rund einen Kubikmeter Wasser entnimmt. Rechnerisch kann sie bis zu 20.000 Haushalte versorgen. Der Betrieb soll vollständig mit grünem Strom erfolgen, sodass die Wärme nahezu CO₂-frei bereitgestellt wird.
Und das ist erst der Anfang: Derzeit plant die MVV eine zweite, deutlich größere Anlage mit einer thermischen Gesamtleistung von bis zu 165 MW, aufgeteilt auf zwei Module mit jeweils 82,5 MW. Technologisch zielt das Projekt auf ein für Großwärmepumpen anspruchsvolles Temperaturniveau. Die Anlage soll Vorlauftemperaturen von bis zu 130 °C bereitstellen und damit ohne grundlegende Anpassungen in bestehende Fernwärmenetze einspeisen können.
Der Baustart ist für Mitte 2026 geplant, die Inbetriebnahme für den Winter 2028. Perspektivisch könnten so bis zu 40.000 Haushalte klimafreundlich mit Fernwärme versorgt werden. Das Investitionsvolumen beziffert MVV auf rund 200 Millionen Euro.
Mannheim verstehe sich als Vorreiterstadt der Energiewende – nicht aus Imagegründen, sondern weil Standort, Infrastruktur und regionale Ressourcen dies ermöglichen, so Hansjörg Roll, Vorstand Technik bei MVV.
Breites Portfolio statt Einzellösung
Die Dekarbonisierung der Mannheimer Fernwärme folgt keinem singulären Technologiesprung, sondern einem bewusst breiten Erzeugungsportfolio. Abwärme, Biomasse, Geothermie, Flusswärme und Speicher werden kombiniert, um ein historisch gewachsenes Netz mit sehr unterschiedlichen Temperatur- und Lastanforderungen schrittweise zu transformieren.
Der Anspruch ist hoch: Die Science-Based-Targets-Initiative hat bestätigt, dass die MVV ihre Emissionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette bis 2040 auf Netto-Null senken kann. Das unterstreicht die wissenschaftliche Belastbarkeit der Strategie.
Schon heute stammen bis zu 30 Prozent der Mannheimer Fernwärme aus klimafreundlicher Abwärme der thermischen Abfallbehandlung – einem der größten CO₂-Hebel der Region. Doch Abwärme allein reicht nicht aus. Deshalb setzt die MVV auf einen differenzierten Erzeugungsmix, der gezielt auf die Anforderungen einzelner Netzsegmente zugeschnitten ist.
Durch die vorhandene Kühlwasserinfrastruktur am Standort des Großkraftwerks Mannheim (GKM) sind keine zusätzlichen Eingriffe in Rhein oder Ufer erforderlich. Die Wärmepumpe entnimmt lediglich geringe Wassermengen, kühlt sie um zwei bis fünf Grad ab und gibt sie anschließend zurück. Diese Abkühlung ist im Rhein nicht messbar und wirkt sich ökologisch nicht negativ aus.
Reallabor für den Markthochlauf
Die Mannheimer Anlage ist Teil des bundesweiten Reallabors "Großwärmepumpen in Fernwärmenetzen", das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird. An fünf Standorten werden Großwärmepumpen errichtet und unter realen Bedingungen betrieben.
In Mannheim kann die Anlage im Sommer etwa ein Viertel des Fernwärmebedarfs der Metropolregion Rhein-Neckar decken, im Winter – bei Spitzenlast – rund zwei Prozent.
Der Mehrwert des Reallabors liegt nicht nur in der Technik. Roll betont insbesondere den Erfahrungsaustausch zwischen den beteiligten Partnern – von Ausschreibung und Bau über Inbetriebnahme bis zum Betrieb. Da Großwärmepumpen dieser Größenordnung für viele Versorger Neuland sind, sind gemeinsame Lernprozesse entscheidend.
Parallel untersuchen die Forschungspartner, welche regulatorischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen den Markthochlauf erleichtern. Das Betriebsmonitoring soll helfen, optimale Fahrweisen im Zusammenspiel mit dem Gesamtsystem abzuleiten.
Köln, Berlin und weitere Projekte
Ein ähnliches, jedoch noch größeres Vorhaben plant die Rheinenergie AG in Köln. Dort soll eine 135-MW-Flusswärmepumpe künftig die Fernwärmeversorgung erheblich dekarbonisieren. Die Anlage in Köln-Niehl könnte bis zu 50.000 Haushalte versorgen und wäre damit die größte ihrer Art in Europa.
Allerdings verzögert sich das Projekt aufgrund umfangreicher Naturschutz- und Genehmigungsverfahren. Nach Angaben von Rheinenergie-Vorstandschef Andreas Feicht liegt das Vorhaben rund ein Jahr hinter dem ursprünglichen Zeitplan.
Geprüft werden unter anderem mögliche Auswirkungen auf Fische und Kleinlebewesen. Feicht rechnet nun mit einer Genehmigung erst Ende 2026 und einer Inbetriebnahme frühestens Ende 2027. Zusätzlich erschweren wasserrechtliche Fragen sowie Lärm- und Immissionsschutz in der dicht besiedelten Umgebung das Verfahren. Feicht plädiert daher für bundesweit einheitliche Genehmigungsstandards für solche Anlagen.
Auch München prüft derzeit das Potenzial von Flusswasserwärmepumpen in der Isar im Rahmen einer eigenen Studie.
In Berlin setzt der Energiedienstleister BTB GmbH bereits zwei Großwärmepumpen ein, um Spreewasser für die Wärmeversorgung zu nutzen. Jede Anlage liefert 3500 kW thermische Leistung und erreicht Vorlauftemperaturen von 90 °C.
Schlüsseltechnologie der Sektorkopplung
Großwärmepumpen sind mehr als ein Ersatz für fossile Kessel. Sie erschließen bislang ungenutzte Umweltwärme, arbeiten lokal emissionsfrei und können bei Einsatz von Grünstrom klimaneutral betrieben werden.
Gleichzeitig sind sie ein zentrales Instrument der Sektorkopplung: Sie verbinden Strom- und Wärmesysteme und können flexibel auf Strommarktsignale reagieren.
Entscheidend ist dabei stets die Passung zum Temperaturniveau und zum Lastprofil des jeweiligen Netzes. Wärmepumpen arbeiten effizient bis etwa 100 °C, während Tiefengeothermie oder Biomasse höhere Temperaturen bereitstellen können.
Entsprechend wird nicht "das Netz" pauschal umgebaut, sondern jedes Teilnetz separat analysiert und optimiert.
Im nächsten Teil der Serie ziehen wir ein erstes Resümee zum Stand der kommunalen Wärmeplanung in den großen Kommunen Deutschlands.
