De toepassing van elektrische warmtepompen levert in de meestal minder CO₂-emissies op dan conventionele gasverwarming. Een belangrijke factor daarbij is de mix van (deels fossiele) energiebronnen die gebruikt wordt voor elektriciteitsopwekking. Hoe groter het aandeel hernieuwbare elektriciteit wordt, hoe meer CO₂-emissies vermeden kunnen worden met warmtepompen. Daarnaast speelt het type warmtepomp en het verwarmingssysteem een rol. Een warmtepomp die energie onttrekt aan de bodem kan tot 70% minder CO₂-emissies uitstoten dan een moderne CV-ketel. Voor een warmtepomp die energie onttrekt aan de lucht bedraagt dit 9-60%. Voor beide typen wordt het beste resultaat bereikt bij toepassing van een verwarmingssysteem geschikt voor lage temperatuur zoals vloerverwarming.
Het klimaat warmt op door de uitstoot van broeikasgassen, zoals koolstofdioxide (CO₂). Om te zien of warmtepompen beter presteren dan conventionele gasverwarming, moeten we kijken hoeveel CO₂-emissies zij veroorzaken. Het is nodig om daarvoor dezelfde maat te gebruiken, zoals hoeveel CO₂ er uitgestoten wordt om één GigaJoule (GJ) aan warmte te leveren.
Afbeelding 1: CO2-emissie van elektriciteitsopwekking.
Om te beginnen, een moderne CV-ketel (HR-ketel) heeft een rendement van 107%, wat betekent dat er per GJ aardgas (op basis van onderste verbrandingswaarde [Voetnoot 1]), 1,07 GJ warmte geleverd wordt. Dit rendement wordt behaald als de ketel op vollast (maximaal vermogen) draait en de retourtemperatuur van het water laag is. In de praktijk zal het gemiddelde rendement wat lager zijn. De CO2-emissies van aardgas bedragen 56 kg CO₂/GJ. Als er gerekend wordt met een gemiddeld rendement van 100% dan bedraagt de CO₂-uitstoot 56 kg CO₂ per GJ geleverde warmte.
Voor elektrische warmtepompen is het bepalen van de CO₂-emissie per GJ warmte lastiger omdat het rendement varieert gedurende het jaar, afhankelijk van de omgevingstemperatuur, en omdat de CO₂-emissies van de elektriciteitsopwekking meegenomen moeten worden. Bij een elektrische warmtepomp wordt gerekend met een “seasonal coefficient of performance” (SCOP). Deze geeft een jaargemiddelde van de hoeveelheid warmteoutput die geleverd wordt per eenheid elektriciteitsinput. Door het gebruik van omgevingswarmte (uit lucht of bodem) [Voetnoot 2] kan de waarde van de (S)COP hoger zijn dan 1. De (S)COP is onder andere afhankelijk van het verschil tussen de buiten- of bodemtemperatuur en de afgiftetemperatuur (een kleiner verschil tussen deze twee betekent een hoger rendement). Een lage afgiftetemperatuur, die bereikt kan worden met bijvoorbeeld vloerverwarming, verhoogt dus de SCOP. De SCOP waarde loopt in de praktijk uiteen van 2 tot 5 à 6 (Expertise Centrum Warmte, 2020), wat betekent dat per GJ elektriciteitsinput er 2 tot 5 à 6 GJ warmte geleverd wordt. Met een warmtepomp die warmte onttrekt aan de bodem kan de hoogste SCOP-waarde behaald worden. Dit komt omdat de temperatuur van de bodem in de winter constanter en gemiddeld hoger is dan van de buitenlucht.
“ De gemiddelde CO₂-emissiefactor van elektriciteitsopwekking is de laatste paar jaar aanzienlijk gedaald ”
De CO₂-emissies die gepaard gaan met het elektriciteitsverbruik van een warmtepomp hangen af van de mix van energiebronnen die gebruikt wordt voor de opwekking. In Nederlands was de mix in 2019 (IEA, 2020):
Dit levert per kWh een gemiddelde CO2-emissie op van 0,37 kg CO₂ in 2019 (CBS, 2021), ofwel 103 kg CO₂ per GJ elektriciteitsinput. Per GJ geleverde warmte wordt er dus indirect 17-51 kg CO₂ uitgestoten, afhankelijk van de SCOP (6-2). Dit is 9-70% minder dan bij een HR ketel. Als het aandeel duurzame elektriciteit in de toekomst groter wordt, zal de CO₂-emissiereductie bij het gebruikt van een warmtepomp ook groter worden. De hoogste besparing is te behalen bij een bodemwarmtepomp. De gemiddelde CO₂-emissiefactor van elektriciteitsopwekking is de laatste paar jaar aanzienlijk gedaald, zie Figuur 1.
De ontwikkeling van de emissiefactor is deels gerelateerd aan het aandeel kolen in de mix (zie Figuur 2), dat eerst steeg in de jaren 2010 (van 22% in 2010 naar 38% in 2015) en daarna daalde naar 16% in 2019 (IEA, 2020). Het aandeel van aardgas laat een tegengestelde ontwikkeling zien, reflecterend aan internationale brandstofprijzen, van 63% in 2010 naar 43% in 2015 en terug naar 59% in 2019. Het aandeel hernieuwbare energie is in dezelfde periode toegenomen van 9% in 2010 naar 18% in 2019 (IEA, 2020).
Figuur 2: Grondstoffen voor elektriciteitsopwekking.
Figuur 3 laat de CO₂-uitstoot zien per GJ geleverde warmte voor een HR-ketel en voor een warmtepomp met verschillende SCOP-waardes. Voor de warmtepomp is de trend direct gerelateerd aan de ontwikkeling van de CO₂-emissiefactor van elektriciteitsopwekking uit Figuur 1. Te zien is dat voor warmtepompen met een gemiddeld tot hoge SCOP-waarde er voor alle jaren minder CO₂-uitstoot was dan bij een HR-ketel. Voor de warmtepomp met een lage SCOP was dit alleen in 2019 het geval. Hieruit blijkt dat warmtepompen met de huidige energiemix (i.e. in 2019) vrijwel altijd beter voor het klimaat zijn dan conventionele verwarming. Een gemiddelde warmtepomp met een SCOP van 3.5-4 levert ongeveer 50% minder CO₂-emissies op per eenheid geleverde warmte dan een HR-ketel.
Figuur 3: De CO₂ uitstoot per GJ geleverde warmte voor een HR-ketel en voor een warmtepomp met verschillende SCOP-waardes.
Deze vraag werd gesteld door: Wouter (75), Drachten
Dit antwoord is geschreven door Wina Crijns-Graus.
Reviewer: Joyce Bosmans
Redacteur: Boris van Meurs
Gepubliceerd op: 20 maart 2021
[1] CBS (2021). Rendement en CO2-emissie elektriciteitsproductie 2019. Gepubliceerd op 22-2-2021.
[3] IEA (2020). World Energy Balances. International Energy Agency. Paris, France.
©De tekst is beschikbaar onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel-GelijkDelen 4.0 Internationaal, er kunnen aanvullende voorwaarden van toepassing zijn. Zie de gebruiksvoorwaarden voor meer informatie.
