Vom Teilchenbeschleuniger ins Wohnzimmer: Das CERN möchte mit Abwärme umliegende Häuser heizen

Große Forschungsanlagen stehen häufig sinnbildlich für extremen Energieeinsatz. Teilchenbeschleuniger, Rechenzentren oder Kühlanlagen verbrauchen erhebliche Mengen Strom und erzeugen dabei zwangsläufig Wärme, die meist ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. In den vergangenen Jahren hat sich jedoch zunehmend die Frage gestellt, ob solche Nebenprodukte wissenschaftlicher Großprojekte sinnvoll weiterverwendet werden können. Am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf wird diese Idee inzwischen praktisch umgesetzt: Die Abwärme des größten Teilchenbeschleunigers der Welt dient dort als Energiequelle für ein kommunales Heizsystem.

Nutzung von Abwärme aus dem Beschleunigerbetrieb

Im Zentrum des Projekts steht der Large Hadron Collider, kurz LHC, ein rund 27 Kilometer langer ringförmiger Teilchenbeschleuniger, der tief unter der Erde an der französisch-schweizerischen Grenze verläuft. Um Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, sind tausende supraleitende Magnete notwendig, die wiederum auf extrem niedrige Temperaturen gekühlt werden müssen. Diese Kühlung erfordert leistungsfähige Kältesysteme, die während des Betriebs kontinuierlich Wärme erzeugen.

Bis vor wenigen Jahren wurde diese Wärme größtenteils über Kühltürme an die Umgebung abgegeben. Inzwischen wird ein Teil davon am sogenannten Punkt 8 des LHC gezielt aufgefangen. Über Wärmetauscher wird das erwärmte Wasser in ein Fernwärmenetz eingespeist, das Gebäude in der nahegelegenen französischen Gemeinde Ferney-Voltaire versorgt. Nach Angaben von CERN kann die Anlage eine thermische Leistung von rund fünf Megawatt bereitstellen, was dem Heizbedarf mehrerer tausend Wohnungen entspricht.

Dabei handelt es sich nicht um eine zusätzliche Belastung für den Forschungsbetrieb. Die Wärme fällt ohnehin an und wird lediglich umgeleitet. Ein:e beteiligte:r Ingenieur:in beschreibt das Projekt als Möglichkeit, „Energie, die bisher verloren ging, lokal nutzbar zu machen, ohne die wissenschaftlichen Experimente zu beeinflussen“. Die Abwärmenutzung ist damit ein Nebenprodukt des regulären Beschleunigerbetriebs.

Integration in städtische Wärmenetze und Klimaziele

Die Anbindung des CERN an ein kommunales Fernwärmenetz erforderte eine enge Abstimmung mit regionalen Energieversorgern und den betroffenen Gemeinden. Das Heizsystem in Ferney-Voltaire wurde so ausgelegt, dass es flexibel auf die schwankende Verfügbarkeit der Abwärme reagieren kann. Denn der LHC läuft nicht kontinuierlich das ganze Jahr über, sondern folgt einem komplexen Zeitplan aus Messphasen, Wartungsarbeiten und technischen Pausen.

Trotz dieser Einschränkungen leistet das Projekt einen messbaren Beitrag zur lokalen Energieversorgung. Durch die Nutzung der Abwärme können fossile Heizsysteme teilweise ersetzt werden, was den Ausstoß von Treibhausgasen reduziert. Für die Region ist dies ein Schritt in Richtung klimafreundlicher Wärmeversorgung, der zeigt, dass auch hochspezialisierte Forschungsanlagen in kommunale Nachhaltigkeitsstrategien eingebunden werden können.

Aus Sicht von CERN fügt sich das Vorhaben in eine langfristige Strategie zur Verbesserung der Energieeffizienz ein. Neben dem Teilchenbeschleuniger selbst gelten auch Rechenzentren und technische Infrastrukturen als potenzielle Wärmequellen. Ziel ist es, den eigenen ökologischen Fußabdruck zu verringern und gleichzeitig einen Nutzen für die Umgebung zu schaffen.

Die Umsetzung wird technisch anspruchsvoll

Die praktische Umsetzung der Abwärmenutzung ist jedoch mit technischen und organisatorischen Herausforderungen verbunden. Besonders deutlich wird dies während der sogenannten Long Shutdown-Phasen, in denen der LHC für mehrere Jahre abgeschaltet wird, um Wartungsarbeiten und umfangreiche Modernisierungen durchzuführen. Die nächste dieser Phasen ist für die zweite Hälfte der 2020er Jahre geplant.

Während solcher Stillstände sinkt die verfügbare Abwärme deutlich, da viele Kühlsysteme nur eingeschränkt betrieben werden. Nach Angaben von CERN soll dennoch ein Grundbetrieb aufrechterhalten werden, der weiterhin zwischen ein und fünf Megawatt thermische Leistung liefern kann. Für das Fernwärmenetz bedeutet dies, dass alternative Energiequellen einspringen müssen, um Versorgungssicherheit zu gewährleisten.

Hinzu kommt, dass die Abwärme zeitlich und räumlich gebunden ist. Sie fällt nur dann an, wenn der Beschleuniger läuft, und nur an bestimmten Punkten des weit verzweigten unterirdischen Systems. Eine Ausweitung auf weitere Regionen ist daher technisch aufwendig und erfordert zusätzliche Investitionen in Leitungen, Wärmetauscher und Speicherlösungen. Dennoch gilt das Projekt bereits jetzt als Beispiel dafür, wie sich Grundlagenforschung und praktische Energieanwendung miteinander verbinden lassen, ohne die wissenschaftlichen Ziele aus dem Blick zu verlieren.

via CERN