Warmtepompen en hun CO₂-voetafdruk: Efficiëntie, emissies en toekomstige toepassingen

Inleiding

In de huidige context van klimaatverandering en duurzame ontwikkeling speelt de keuze voor energiebronnen en verwarmingsmethoden in woningen en industriële toepassingen een centrale rol. De overgang van traditionele gasketels naar warmtepompen is daarbij een veelvoorkomende strategie om CO₂-uitstoot te verminderen. Warmtepompen gebruiken omgevingswarmte om ruimtes te verwarmen en koele ruimtes te genereren, waarbij het energieverbruik aanzienlijk lager is dan bij verbrandingsprocessen.

Deze artikel belicht de CO₂-uitstoot van warmtepompen, vergelijkt deze met traditionele systemen, en bespreekt de rol van warmtepompen in de toekomstige energietransitie. Op basis van recente gegevens, casestudies en industrieel gebruik, worden de koolstofvoetafdruk en efficiëntie van warmtepompen in detail uitgelegd.

CO₂-uitstoot van warmtepompen: Een klimaatpositieve oplossing

1. CO₂-uitstoot in de gebruiksfase

De meeste CO₂-uitstoot bij een warmtepomp gebeurt in de gebruiksfase. Tijdens deze fase wordt elektriciteit verbruikt om de warmtepomp te laten functioneren. In vergelijking met een gasketel is de koolstofvoetafdruk van een warmtepomp aanzienlijk lager. Een casestudy van Daikin toont aan dat het vervangen van een gasketel door een warmtepomp in Nederland leidt tot een CO₂-reductie van 1.358 kg per jaar. Over een levensduur van 17 jaar is de totale CO₂-uitstoot van een Daikin-warmtepomp bijna acht keer lager dan die van een gasketel: 7,87 ton CO₂-eq versus 63,9 ton CO₂-eq.

De Daikin Altherma 3 R 180L lucht-water warmtepomp is hierin representatief voor de meeste warmtepompmodellen die op elektriciteit werken. Deze warmtepomp is vooral efficiënt in combinatie met een lage elektriciteitsmix, zoals in Frankrijk of Nederland, waar de energievoorziening steeds meer op hernieuwbare bronnen is gesteld.

De CO₂-uitstoot van een warmtepomp is dus vooral afhankelijk van de bron van elektriciteit. In landen waar elektriciteit voornamelijk wordt opgewekt met fossiele brandstoffen, is de voordelen minder groot. In Nederland, waar de elektriciteitsmix steeds groener wordt, is de klimaatvoordeel van warmtepompen echter significant.

2. CO₂-uitstoot over de levenscyclus

De levenscyclus van een warmtepomp omvat de productie, transport, installatie, gebruik, en uiteindelijke afvoer. De meeste CO₂-uitstoot van de levenscyclus komt uit de gebruiksfase, gevolgd door de productie- en transportfasen.

Tijdens de productie- en transportfasen is de CO₂-uitstoot van een warmtepomp vergelijkbaar met die van een gasketel. Echter, vanwege de lage energieverbruik tijdens de gebruiksfase, is de totale CO₂-uitstoot over de levenscyclus van een warmtepomp aanzienlijk lager. Dit maakt warmtepompen een klimaatpositieve keuze op lange termijn.

3. Soorten warmtepompen en hun CO₂-uitstoot

Niet alle warmtepompen zijn gelijk qua efficiëntie en CO₂-uitstoot. De volgende typen worden vaak onderscheid gemaakt:

• Lucht-water warmtepompen: Deze halen warmte uit de lucht en leveren die op water. Ze zijn eenvoudig te installeren en geschikt voor eengezinswoningen. De CO₂-uitstoot is relatief laag, maar afhankelijk van de luchttemperatuur kan de efficiëntie variëren in de wintermaanden.

• Bodem-water warmtepompen: Deze halen warmte uit de grond via grondbuizen of boorputten. Omdat de grondstemperaturen constant zijn (10–15°C), is de efficiëntie hoog en de CO₂-uitstoot laag. De investering is echter hoger vanwege de installatie van grondbuizen.

• Water-water warmtepompen: Deze halen warmte uit oppervlaktewater, zoals een rivier of meer. Ze zijn efficiënt, maar vereisen een dichtbijzijnde waterbron.

• Hybride warmtepompen: Deze werken in combinatie met een aardgasketel. Bij hoge warmtevraag overneemt de ketel. De CO₂-uitstoot is hoger dan bij een puur elektrische warmtepomp, maar lager dan bij een volledig gasgestookte oplossing.

Volgens de CBS-statistieken zijn in 2024 in Nederland ruim 2,47 miljoen warmtepompen geïnstalleerd. Van deze, ongeveer 2,018 miljoen zijn lucht-water warmtepompen, terwijl 455.203 warmtepompen op bodem- of waterwarmte werken. De toename van hybride systemen is aanzienlijk: in 2024 zijn 224 van deze systemen in woningen geïnstalleerd, in vergelijking met 62 in 2022.

Warmtepompen in industrieel gebruik

Niet alleen in woningen, maar ook in de industrie spelen warmtepompen een steeds belangrijkere rol. In fabrieken worden warmtepompen gebruikt om warme en koude energie te genereren voor processen. Een voorbeeld is de toepassing van een ammoniakgedreven warmtepomp in combinatie met een industriële ketel. Deze warmtepomp werkt op twee temperatuurniveaus en zorgt voor efficiënter energiegebruik in vergelijking met traditionele stoomketels.

In een typische industriële omgeving zijn warmtepompen in staat om warmte van lage kwaliteit (bijvoorbeeld 2°C) op te tillen naar hogere temperaturen (40°C of 77°C). Dit zorgt voor een circulatie van energie binnen de fabriek, waarbij de warmte en koude hergebruikt kunnen worden. Door het gebruik van water als transportmedium wordt energie efficiënt tussen processen overgedragen. Hierdoor wordt het energieverbruik aanzienlijk verlaagd en is de CO₂-uitstoot van het proces minder hoog.

De installatie van industriële warmtepompen is echter een ingrijpende investering. Volgens bronnen is de hulp van overheidsinstanties zoals RVO essentieel geweest bij het implementeren van dergelijke systemen.

CO₂-uitstoot en groene brandstoffen

De vraag naar groene brandstoffen zoals waterstof en biogas is toegenomen, maar deze zijn momenteel nog schaars. In combinatie met warmtepompen kunnen deze brandstoffen echter efficiënter worden ingezet. Een H2-ready warmtepomp is een voorbeeld van zo’n toekomstgerichte oplossing. Deze warmtepomp kan zowel op elektriciteit als op waterstof werken. Op korte termijn helpt dit om het aardgasverbruik te verlagen, terwijl op langere termijn het gasnet mogelijk gebruikt kan worden voor groene gassen.

De combinatie van warmtepompen en groene brandstoffen biedt dus een flexibele oplossing voor de energietransitie. Hierbij wordt de koolstofzuinigheid verder verbeterd, vooral als groene elektriciteit en groene gassen beschikbaar zijn.

Kritiek en uitdagingen

1. Investeringen en kosten

De installatie van een warmtepomp vereist een aanzienlijke investering, vooral bij bodem- of waterwarmtepompen. Deze investering is op lange termijn vaak rendabel door de energiebesparing, maar voor veel huiseigenaren kan het een barrière zijn. De groei van hybride systemen toont aan dat er een balans wordt gezocht tussen investeringskosten en energiebesparing. In 2024 zijn in Nederland 224 hybride systemen geïnstalleerd in woningen, een toename ten opzichte van 62 in 2022.

2. Elektriciteitsmix

De efficiëntie van warmtepompen is sterk afhankelijk van de elektriciteitsmix. In landen waar de elektriciteit voornamelijk wordt opgewekt met koolstofarme of koolstofvrije bronnen, is de CO₂-uitstoot van warmtepompen laag. In landen met een hoge verhouding van kolen- of gasgestookte elektriciteitscentrales is de klimaatvoordeel minder groot. In Nederland is de elektriciteitsmix echter steeds groener, wat de CO₂-uitstoot van warmtepompen verder verlaagt.

3. Efficiëntie in extreme weersomstandigheden

Hoewel warmtepompen in de meeste gevallen efficiënter zijn dan traditionele gasketels, kan hun prestatie afnemen in extreme kou. Lucht-water warmtepompen zijn bijvoorbeeld minder efficiënt in de wintermaanden wanneer de buitentemperatuur lager is. Daarom zijn bodem- of waterwarmtepompen vaak beter geschikt voor regio’s met extreme winters.

Conclusie

Warmtepompen bieden een klimaatpositieve oplossing voor het verwarmen van woningen en industriële processen. In vergelijking met gasketels is hun CO₂-uitstoot aanzienlijk lager, vooral in landen met een groene elektriciteitsmix. De keuze voor het type warmtepomp (lucht-water, bodem-water of hybride) heeft invloed op de efficiëntie en CO₂-uitstoot. Daarnaast kan de integratie van warmtepompen met groene brandstoffen zoals waterstof een verdere reductie van CO₂-uitstoot mogelijk maken.

De groei van hybride systemen in Nederland toont aan dat er een balans wordt gezocht tussen investeringskosten en energiebesparing. Tegelijkertijd duiden casestudies en industrieel gebruik op de voordelen van warmtepompen aan in zowel woningen als fabrieken.

De toekomstige energietransitie hangt sterk af van de beschikbaarheid van groene elektriciteit en groene gassen. In deze context zijn warmtepompen een essentieel onderdeel van een duurzame en koolstofarme energievoorziening.

Bronnen

1. CBS Statistieken – Warmtepompen
2. RVO – Industriële warmtepompen
3. Missie H2 – Warmtepomp op waterstof
4. Daikin – CO2-voetafdruk van warmtepompen
5. Warmtepomp-info – CO2-uitstoot van warmtepompen