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In ländlichen Wärmenetzen steckt noch ungenutztes Potenzial: Denn Rücklauftemperaturen von rund 50 Grad verhindern oft die effiziente Nutzung des Brennwerts in Biomassekesseln. Tina Hermann, frisch promovierte Ingenieurin der Hochschule München, hat eine clevere Lösung entwickelt: eine neuartige, thermisch angetriebene Absorptionswärmepumpe, die selbst bei hohen Rücklauftemperaturen Energie aus dem Abgas zurückgewinnt – ganz ohne stromhungrige Technik. Das spart bis zu 20 % Holzpellets und bringt Biomasse-Netze auf ein neues Effizienzniveau. Dafür gab’s den Oskar-von-Miller-Preis – verdient!

Die von Hermann entwickelte Wärmepumpe kann die Energie aus der Verbrennung von Holz in Biomassekesseln zurückgewinnen (Foto: Alexander Ratzing)

In ländlichen Regionen sind "Biomasse-Netze" eine nachhaltige Möglichkeit, Wärme zentral aus Holzpellets oder Hackschnitzeln zu erzeugen und per Wärmenetz an die angeschlossenen Haushalte zu liefern. Das Problem: Die Rücklauftemperaturen liegen häufig um 50 Grad Celsius. Zu viel, um den Brennwert zu nutzen.

Denn dazu müsste das heiße Rauchgas von circa 140 Grad Celsius, das nach dem Verbrennungsvorgang aus dem Heizkessel austritt, auf bis zu 25 Grad Celsius abgekühlt werden, um eben den Taupunkt zu unterschreiten und den Wasserdampf kondensieren zu lassen.

Um diesen zusätzlichen Energiegewinn aus dem Abgas zu ermöglichen, müsste die Rücklauftemperatur im Heizsystem deutlich unterhalb des Taupunkts liegen. Tina Hermann entwickelte in ihrer Promotion an der Hochschule München (HM) das Prinzip der Absorptionswärmepumpe so weiter, um auch die Energie aus der Verbrennung von Holz in Biomassekesseln zurückzugewinnen.

Um die Temperaturdifferenz von 25°C auf 50°C zu überbrücken, setzt die Forscherin auf eine Wärmepumpe, die das niedrige Temperaturniveau anhebt, um die aus dem Abgas gewonnene Wärme in das Wärmenetz einspeisen zu können. Je nach Brennstoffgehalt kann der Wirkungsgrad um bis zu 30 Prozent gesteigert und damit gut ein Fünftel des Biomasse-Brennstoffs eingespart werden.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Brennwertnutzung an Biomassekesseln mittels angekoppelter Sorptionswärmepumpe“ (BreBiSorp) entwickelt HM-Doktorandin Tina Hermann eine angepasste Absorptionswärmepumpe, die eine besondere Kreislaufführung verwendet. Die Antriebswärme für die Wärmepumpe wird aus dem Biomassekessel abgezweigt und geht nicht für die Wärmenutzung verloren.

Der Einsatz einer Absorptionswärmepumpe ist besonders attraktiv, da sie im Vergleich zur Kompressionswärmepumpe einen sehr geringen Strombedarf aufweist. „Bei der aktuellen Entwicklung wird der Kreislauf der thermisch angetriebenen Wärmepumpe nach dem sogenannten Thermosiphon-Prinzip ausgeführt. Der Verdampfer wurde für den Betrieb mit geringen Kältemittelmengen optimiert. Damit konnten wir auf mechanische Umwälzpumpen innerhalb der Wärmepumpe verzichten“, sagt Hermann.

Durch den besonderen Aufbau der Wärmepumpe ist ein robuster Betrieb mit geringem Wartungsaufwand möglich. Künftig soll diese angepasste Absorptionswärmepumpe als Zusatzgerät Biomassekessel in großen Stückzahlen ergänzen.

Durch Einsatz einer thermisch angetriebenen Wärmepumpe können auch größere Anlagen, die oftmals Wärmenetze mit höheren Rücklauftemperaturen versorgen, von dieser Brennwerttechnik profitieren.

Für ihre Arbeit erhielt Dr. Tina Hermann am 10. April 2025 den Oskar-von-Miller-Preis in der Kategorie Promotion der Hochschule München.