Für das Jahr 2025 wurden deutschlandweit Gesamt-Emissionen von 649 Millionen Tonnen berichtet, was eine Senkung um 0,1% zum Vorjahr darstellt. Maßgeblich dafür verantwortlich sind Minderungen in der Energiewirtschaft, sowie im verarbeitenden Gewerbe [1]. Dabei zeigt der Trend in Deutschland einen fast stetigen Rückgang an Treibhausgas-Emissionen, weshalb diese seit 1990 fast halbiert werden konnten [2].

Dahingegen stieß China 2024 rund 15,5 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalente aus, was global fast 30% der Emissionen ausmacht [3]. Hier ist der Trend entgegen der EU- und US Entwicklung deutlich steigend [4]. Es stellt sich also die Frage, warum nun unbedingt Deutschland weiter Klimaschutz betreiben sollte.

Das Einsparen von Emissionen in Deutschland ist in jedem Fall nicht unwichtig. Beginnend bei der Betrachtung des Pro-Kopf-Ausstoßes steht Deutschland mit 9,7 Tonnen CO₂ pro Kopf und Jahr bei dem mehr als doppelten Wert als der Durchschnitt im weltweiten Vergleich. Außerdem hat Deutschland eine Verantwortung, da es als Industrienation erheblich zur globalen Erderwärmung beigetragen hat. Darüber hinaus ist der Effekt vieler Staaten, die so viel Emissionen wie Deutschland ausstoßen oder weniger, und Klimaschutz betreiben deutlich spürbar [5]. Deutschland kann dabei als Vorbild fungieren. Verantwortung kommt jedoch auch dadurch, dass Deutschland ein essenzieller Bestandteil der EU ist, welche mit all ihren Mitgliedsstaaten bei den Gesamtemissionen global den dritten Platz belegt.

Zuletzt sollte man China trotz der enormen Emissionen nicht nur als Umweltsünder darstellen. Durch den Ausbau von Windkraft, Solarenergie und Atomkraft [6], sowie die Entwicklung und den günstigen globalen Vertrieb von emissionssparenden Technologien wie E-Autos oder Photovoltaik-Anlagen trägt China nicht nur im eigenen Land zur Energiewende bei.

Quellenverzeichnis

[1] Umweltbundesamt (UBA): Treibhausgas-Emissionen in Deutschland. Aktualisiert am 02.07.2026. https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltzustand-trends/klima/treibhausgas-emissionen-in-deutschland (Zugriff: 11.07.2026).

[2] Umweltbundesamt (UBA): Treibhausgas-Emissionen seit 1990 nach Gasen. Abbildung, Stand 02.07.2026. https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/2_Abb_THG-Emissionen-seit-1990-nach-Gasen_2026-07-02.png (Zugriff: 11.07.2026).

[3] Arend, Jacqueline: Plötzlich fallen die Emissionen: Neue Zahlen zeigen Chinas historische Klimawende. FOCUS online, 14.11.2025. https://www.focus.de/earth/weltklimakonferenz/ploetzlich-fallen-die-emissionen-neue-zahlen-zeigen-chinas-klimawende_23a4e3a9-b3f5-41b4-8e7d-0f608d219aac.html (Zugriff: 11.07.2026).

[4] Evans, Simon; Viisainen, Verner: China’s emissions have now caused more global warming than EU. Resilience.org, 02.12.2024. Ursprünglich veröffentlicht bei Carbon Brief. https://www.resilience.org/stories/2024-12-02/chinas-emissions-have-now-caused-more-global-warming-than-eu/ (Zugriff: 11.07.2026).

[5] Franck, Annika: Was bringt es, wenn Deutschland CO₂ reduziert? Quarks, 19.03.2021, aktualisiert am 22.10.2024. https://www.quarks.de/umwelt/klimawandel/was-bringt-es-wenn-deutschland-co2-reduziert/ (Zugriff: 11.07.2026).

[6] Sternfeld, Eva: Chinas Klimapolitik. Bundeszentrale für politische Bildung (bpb), 30.08.2022. https://www.bpb.de/themen/asien/china/512519/chinas-klimapolitik/ (Zugriff: 11.07.2026).

Unser Gesprächspartner war Prof. Jan Philipp Hofmann, welcher an der TU Darmstadt zu Oberflächenwissenschaft, Katalyse von Solartreibstoffen, chemische Energieumwandlung, anorganische Materialchemie und Spektroskopie forscht. Als Experte für neue Materialien zur Effizienzsteigerung von Solarzellen, lag unser Interesse besonders an Alternativen zu herkömmlichen Silizium Solarzellen. Wichtig war uns dabei zu sehen, wie der Forschungsstand aktuell ist und wie realistisch eine Flächendeckende Anwendung dieser Solarzellen ist.  

Das Interview mit Herrn Prof. Hofmann haben wir im Rahmen der Kurseinheit zur Energiegewinnung gehalten. Im Voraus haben wir uns zusätzlich zu dem Wissen über Silizium-Solarzellen noch über Perowskit informiert. Dies gehört in das Forschungsgebiet der Neuen Materialien. Zu Beginn des Interviews hat Herr Prof. Hofmann noch einmal grob den Aufbau einer Perowskit Solarzelle erläutert. Die NIP- oder PIN-Struktur besteht aus einem P-Dotierten Teil, der als Transportmaterial für Löcher fungiert. Darauf folgt die intrinsische Schicht, die nicht dotiert ist und aus dem Perowskitmaterial besteht. Ganz oben befindet sich der n-dotierte Teil, der für den Elektronentransport verantwortlich ist.  

[1] 

Forschungsbereiche und Projekte  

Prof. Hofmann arbeitet an Grundlagenforschung im Bereich der neuen Materialien für Solarzellen. Einerseits versucht er in seinen Forschungen unteranderem einen neuartigen Absorber zu entwickeln und Kontaktmaterialien auf die Absorber so anzupassen, dass die Bandlücken einen möglichst großen Teil des Lichtspektrums verwerten können, was für Effizienz sorgt. Außerdem fallen die Anwendung von Chalkogeniden (u.a. Antimonsulfide, Selenide und Barium-Zirkonium-Sulfid) bzw. weitere Salze und Materialien unter seinen Forschungsbereich. Hierbei ging es auch um die Verwendungen von Tandemmodulen mit Silizium. Essenziell sei es Ionen mit der Richtigen Größe in die Kristallgitter von Perowskiten einzusetzen, um die Größen der Bandlücken zu optimieren. Hierbei sorgen laut Prof. Hofmann größere Ionen wie Antimonselenide dafür, dass die Orbitale der Atome im Kristallgitter weniger überlappen und so kleiner Bandlücken entstehen. Den gegenteiligen Effekt haben kleinere Ionen, wie Antimonsulfide. Neue Materialien sollen in den Bereichen der Ionenmigration, Langlebigkeit und Defektchemie weiterhelfen.  

Nutzung und Zukunft von Perowskit-Solarzellen 

Silizium-Solarzellen sind aufgrund ihrer weiten Entwicklung und der bereits bestehenden Infrastruktur absolut dominant auf dem Markt. Der Einfluss des chinesischen Staates als Marktführer sorgt zusätzlich dafür, dass Silizium-Solarzellen in der breiten Anwendung aktuell nicht abzulösen sind. Allerdings ist die Skalierbarkeit von Perowskit-Solarzellen als positiv zu sehen, da diese mit vergleichsweise einfachen Herstellungsverfahren produziert werden können. Dabei ist auch ein Druckverfahren möglich, wobei mithilfe eines Polymersubstrates Schichten nacheinander aufgetragen werden und so eine hohe Skalierbarkeit erreicht werden kann. Das Problem dabei ist jedoch, dass Perowskit-Solarzellen sehr anfällig für Umwelteinflüsse sind, was die breite Anwendung erschwert. Neben äußeren Einflüssen kann es auch zur Wanderung von Iodid-Ionen kommen, was die IU-Kennlinie beeinflusst und gegebenenfalls zu Problemen führen kann. Perowskit-Solarzellen sind nur für spezielle Anwendungsbereiche, wie dem Anbringen auf Fensterscheiben (wegen ihrer Transparenz), als Tandemmodule oder im Labor anwendbar. 

Wieso ist es für neue Materialien so schwierig auf den Markt zu kommen? 

Dafür gibt es verschiedene Gründe zum einen haben Silizium-Solarzellen ihre Effizienz von 17% auf 25% in den letzten zehn Jahren gesteigert [2] und haben eine Energie Playback Zeit von einem Jahr. Zum anderen sind Siliziumsolarzellen sehr robust und haben eine Stabilität von 25 bis 30 Jahren. Dazu kommt noch das China auf die Produktion von Silizium setzt und dadurch kosten günstige Produkte auf den Markt kommen. Um Innovative Materialien an den Markt zu bringen, bräuchte es eine Staatliche Förderung in der Produktion und auch Subventionen im Vertrieb. Eine denkbare Möglichkeit wäre aktuell die Anwendung als Tandemmodule, da diese noch effizienter als reine Siliziummodule sind. Allerdings ist auch in dem Fall wieder die Langlebigkeit ein Problem. 

Quellen: 

[1] KLA Instruments™ (2026): The Ultimate Guide to Measuring Ultra-Thin Layers in Perovskite Solar Cells. AZoCleantech. Online verfügbar unter: https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=1967 (Zugriff: 26.08.2026). 

[2] Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (o. D.): Photovoltaics Report. Online verfügbar unter: https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/studies/photovoltaics-report.html (Zugriff: 19.08.2026). 

Eine effiziente Möglichkeit, den Wärmebedarf von Gebäuden zu decken, bieten Wärmepumpen. Sie nutzen elektrische Energie, um Wärme aus der Umgebung aufzunehmen und für die Beheizung von Gebäuden nutzbar zu machen.

Doch wie funktioniert das eigentlich? Mithilfe eines thermodynamischen Kreisprozesses transportiert die Wärmepumpe Wärme von einem niedrigeren auf ein höheres Temperaturniveau. Dabei durchläuft das Kältemittel Bereiche mit unterschiedlichen Druckniveaus: eine Niederdruck- und eine Hochdruckseite. Durch die gezielte Veränderung des Drucks ändern sich auch Temperatur und Aggregatzustand des Kältemittels. So kann der Umgebung Wärme entzogen und anschließend auf einem höheren Temperaturniveau an das Gebäude beziehungsweise das Heizungswasser abgegeben werden.

Aber wie funktioniert das im Detail? Eine Wärmepumpe besteht aus vier grundlegenden Hauptbauteilen: dem Verdampfer (siehe Abb. 1), dem Kompressor beziehungsweise Verdichter, dem Kondensator und einer adiabaten Drossel. Diese vier Bauteile sind durch Rohrleitungen miteinander verbunden und bilden einen geschlossenen Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Welche Funktionen die einzelnen Bauteile übernehmen, wird im Folgenden genauer erklärt.

Je nach Bauweise der Wärmepumpe kommen unterschiedliche Kältemittel zum Einsatz. Eine klimafreundlichere Alternative zu fluorierten Kältemitteln ist beispielsweise Propan (als R290 bezeichnet), das aufgrund seiner günstigen thermodynamischen Eigenschaften, seiner Beherrschbarkeit sowie des Preises auch in Wärmepumpen eingesetzt wird (Umweltbundesamt, 2026).

Eine wichtige Voraussetzung für das Funktionieren der Wärmepumpe ist, dass das Kältemittel im Verdampfer eine niedrigere Temperatur als die Wärmequelle, also die Umgebung hat. Nur so kann es Wärme aufnehmen. Für den Betrieb der Wärmepumpe wird elektrische Energie benötigt, vor allem für den Antrieb des Verdichters. Im Idealfall stammt diese Energie beispielsweise aus einer Photovoltaikanlage, wodurch der Betrieb nachhaltiger gestaltet werden kann.

Die Abbildung 1 zeigt den dafür notwendigen thermodynamischen Kreisprozess.

Abb 1. Kreislauf einer Wärmepumpe

Der erste Bestandteil des Kreislaufs ist der Verdampfer (Abb. 4). Er besteht aus einem Rohr- beziehungsweise Wärmetauschersystem, durch das das Kältemittel strömt. Im Verdampfer nimmt das Kältemittel zunächst die Wärme Q aus der Umgebung auf und verdampft dabei (Umweltbundesamt, 2025). Durch Rohre gelangt das nun gasförmige Kältemittel anschließend zum Kompressor. Dieser Vorgang lässt sich mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik erklären: Wärme fließt von selbst immer vom wärmeren zum kälteren Körper. Während das Kältemittel Wärme abgibt, kondensiert es und wird wieder flüssig.

Der Kompressor (Abb. 5) beziehungsweise Verdichter besteht aus einem elektrisch angetriebenen Verdichtungsmechanismus. Seine Aufgabe ist es, das gasförmige Kältemittel zu verdichten und dadurch dessen Druck zu erhöhen (Umweltbundesamt, 2025). Gleichzeitig steigt auch die Temperatur des Kältemittels an. Beim Verdichten wird das Gas auf ein kleineres Volumen zusammengepresst. Dadurch steigt seine innere Energie und somit auch seine Temperatur.

Danach strömt das nun heiße Kältemittel zum Kondensator (Abb. 2). Diese bestehen aus vielen dünnen Platten. In den Zwischenräumen strömen das heiße Kältemittel und das kühlere Heizungswasser getrennt voneinander vorbei. Das Kältemittel gibt dabei seine Wärme an das Heizungswasser ab (Umweltbundesamt, 2025)

Als letzten Schritt durchläuft das flüssige Kältemittel die adiabate Drossel (Abb. 3). Sie besteht beispielsweise aus einer sehr engen Verengung im Rohrsystem oder einem entsprechend geregelten Ventil. Der Begriff „adiabat“ bedeutet, dass während dieses Vorgangs kein beziehungsweise nahezu kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet. Beim Durchströmen der Drossel fällt der Druck des Kältemittels stark ab, wodurch auch seine Temperatur sinkt. Gleichzeitig verdampft ein Teil des flüssigen Kältemittels, sodass nach der Drossel ein Gemisch aus Flüssigkeit und Gas, sogenannter Nassdampf, vorliegt. Der Gasanteil nimmt dabei zu, während der Flüssigkeitsanteil abnimmt. Anschließend strömt das kalte Kältemittel wieder in den Verdampfer, wo es erneut Wärme aus der Umgebung aufnimmt und vollständig verdampft. Der Kreislauf beginnt von vorne (Umweltbundesamt, 2025)

Abb. 2 Kondensator Abb. 3 Adiabate Drossel Abb. 4 Verdampfer Abb. 5 Kompressor

Die Funktionsweise der Wärmepumpe ermöglicht eine effiziente Nutzung von Umweltwärme. In der praktischen Anwendung bringt diese Technologie jedoch sowohl Vorteile als auch Herausforderungen mit sich. Die besondere Effizienz einer Wärmepumpe liegt darin, dass sie mehr Wärmeenergie an das Gebäude abgeben kann, als ihr in Form von elektrischer Energie zugeführt wird. Der zusätzliche Anteil stammt aus der kostenlos verfügbaren Umweltwärme.

Wärmepumpen bieten vor allem durch ihre hohe Effizienz einen großen Vorteil. Sie nutzen Wärme aus der Umgebung und benötigen dafür vergleichsweise wenig elektrische Energie. Wird der benötigte Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen, kann ihr Betrieb besonders umweltfreundlich sein. Eine Kombination mit einer Photovoltaikanlage bietet sich daher besonders an und kann gleichzeitig die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen wie Öl und Gas verringern.

Demgegenüber stehen vor allem die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten. Außerdem hängt die Effizienz einer Wärmepumpe stark von den jeweiligen Bedingungen ab. Insbesondere bei sehr niedrigen Außentemperaturen muss sie mehr Energie aufwenden, um die benötigte Heiztemperatur zu erreichen. Je nach Art der Anlage kann zudem zusätzlicher Platz für die Installation erforderlich sein. Trotz dieser Nachteile stellen Wärmepumpen vor allem in Verbindung mit erneuerbarem Strom eine wichtige Technologie für eine nachhaltigere Wärmeversorgung dar.

Quellenverzeichnis:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) (2019): Was ist eigentlich Versorgungssicherheit?
https://energiewende.bundeswirtschaftsministerium.de/EWD/Redaktion/Newsletter/2019/07/Meldung/direkt-erklaert.html⁠
(abgerufen am: 27.08.2026) 

Umweltbundesamt (2026): Wärmepumpen. Zuletzt aktualisiert am 22.07.2026. Online verfügbar unter: Umweltbundesamt – Wärmepumpen(abgerufen am 27.08.2026).

Umweltbundesamt (2025): Umgebungswärme und Wärmepumpen.Online verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/umgebungswaerme-waermepumpen
(abgerufen am 27.08.2026).

Parallel zur Forschung an Anwendungen, Transport und Herstellungsverfahren von Wasserstoff steigt das Interesse der Industrie zur Nutzung dieser Technologien. Hierzu ziehen Unternehmen Fachfirmen mit Beratern wie Jonas Grunwald von Horváth heran, die sich auf die Umstrukturierung und Zukunftssicherung großer und mittelständischer Betriebe spezialisiert haben. 

Inhalt 

Wasserstoff wird in der Industrie zu verschiedenen Zwecken genutzt: Zum einen als Rohstoff, um in chemischen Verfahren neue Stoffe herzustellen. Zum anderen dient Wasserstoff als Energiespeicher, er kann nämlich bei einem Überschuss an erneuerbarem Strom billig produziert werden und bei Strommangel wieder in elektrischen Strom umgewandelt werden. Des Weiteren kann Wasserstoff zur Wärmegewinnung verbrannt werden, dies geschieht v.a. in der hitzeintensiven Stahlproduktion. 

Die Wirtschaftlichkeit der oben genannten Möglichkeiten ist allerdings branchenabhängig, sodass nur wenige Industriezweige eine sinnvolle Verwendungsmöglichkeit finden. So ist die Nutzung von Wasserstoff als Rohstoff meist gewinnbringender als die als Energiespeicher/-lieferant. 
Allerdings kann eine Nutzung der fortschrittlich erscheinenden Energiegewinnung aus Wasserstoff als Werbung für das Unternehmen bzw. das entsprechende Produkt verwendet werden. Hier ist es besonders förderlich, wenn bspw. mit der Nutzung grünen Wasserstoffs geworben wird.  
Neben grünem Wasserstoff, der mit Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt wird, unterscheidet man zwischen zahlreichen Arten der Herstellung. Am bekanntesten sind grauer Wasserstoff, der mithilfe fossiler Energieträger erzeugt wird, und blauer Wasserstoff, bei welchem bei der Produktion entstehendes CO₂ abgefangen und gespeichert wird. Mit diesem Verfahren lässt sich Wasserstoff billig und in großen Mengen herstellen; grüner Wasserstoff hingegen wird zur Erreichung der Klimaziele staatlich gefördert. 

Die Umstrukturierung auf Wasserstoff wird in Deutschland generell staatlich vorangetrieben, neben Förderungen und Subventionen, auch durch einen Ausbau des Wasserstoffnetzes zum Transport. Häufig wird dafür das bestehende Gasnetz umgebaut. 
Durch diese Errungenschaften ist es gelungen Deutschland zu einer führenden Nation im Bereich Wasserstoff zu transformieren. 
Jedoch besteht die Gefahr, dass die Größe des Netzes den Bedarf übersteigt, zumal Wasserstoff aufgrund der hohen Kosten in der privaten Nutzung, also zum Heizen und in Pkws, und auch für viele Unternehmen nicht sinnvoll ist. 

Häufig hat dies den Grund, dass die Investitionen für die Unternehmen zu schwerwiegend und mit einem hohen Risiko verbunden sind. Bei einer Umstellung muss sehr umsichtig gehandelt werden, da beim Einkauf von Wasserstoff, beim Ausbau der Infrastruktur und auch beim Verkauf meist eine hohe Abhängigkeit von nur wenigen Partnern besteht.  

Die größte Konkurrenz zum Wasserstoff sind aber die erneuerbaren Energien selbst, da der durch sie produzierte Strom günstiger und mindestens ebenso umweltfreundlich ist. Durch eine direkte Nutzung der Energie ohne Übertragung auf Wasserstoff hat man auch geringere Verluste, sodass es sich für die viele Unternehmen schlicht nicht lohnt für Investition von Millionen von Euro auf Wasserstoff umzusteigen.  

Die effizienteste Anwendung für Wasserstoff ist die Verwendung als „Baumaterial“ für neue Kohlenwasserstoffmoleküle, die zusammen mit aufgefangenem CO₂ aus Verbrennungsprozessen gebildet werden können; es findet also eine Art Recycling von CO₂ statt. Dieser Methode kommt aufgrund der knapper werdenden Vorräte fossiler Brennstoffe immer mehr Aufmerksamkeit zu. 
Verschiedene Projekte zu dieser Thematik stehen allerdings noch am Anfang ihrer Entwicklung und sind vermutlich in Deutschland aufgrund der vielen benötigten Energie, die zu hohen Preisen gekauft werden muss, nicht rentabel, aber vielleicht in Zukunft in anderen Ländern denkbar. 

Fazit 

Aus dem Gespräch mit Jonas Grunwald lässt sich zusammenfassen, dass Wasserstoff heute wie auch in Zukunft für bestimmte Branchen eine sinnvolle, aber gerade wegen der hohen Kosten wohl zu überdenkende Alternative zu anderen Energieträgern bildet. Die profitabelste Verwendung bleibt jedoch diese als Rohstoff, da für energiebedürftige Prozesse der Einkauf der Energie in Form von Strom aus Erneuerbaren wirtschaftlich und ökologisch günstiger ist.