Auf den ersten Blick scheint ihr Prinzip magisch zu sein, so wie fast alle modernen Technologien von Zeitreisenden aus der Vergangenheit als Zauberei wahrgenommen werden würden. Mit Wärmepumpen kann man aus eisiger Luft Häuser und Wohnungen wohlig warm aufheizen. Oder aus lauwarmem Abwasser Wasserdampf mit 200 Grad erzeugen. All dies funktioniert, ohne dazu fossile Energie zu verfeuern. Erforderlich ist nur ein geringer (elektrischer) Energieeinsatz, wobei im besten Fall kein Gramm Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Relikt des Dampfmaschinenzeitalters

Die Wärmepumpe wird oft als neue Technologie beschrieben. Ihre Geschichte beginnt aber schon im Zeitalter von „Indus- trie 1.0“ – mit der Erfindung der Dampfmaschine und Überlegungen, wie man Kälte künstlich erzeugen könnte. Interessant dabei: Die Innovatoren waren damals schneller als die Wissenschaft im Erklären. Die erste verwendbare Dampfmaschine wurde von dem englischen Erfinder Thomas Newcomen 1712 konstruiert. Im Jahr 1777 stellt der schottische Mediziner und Chemiker William Cullen erstmals eine winzige Menge künstlichen Eises her. Dafür ließ er Diethylether bei Unterdruck verdampfen und entzog dabei in einem Reaktionsgefäß dem Wasser die Wärme. Dass Dampfmaschine und Erzeugung von künstlichem Eis aber auf gleichen physikalischen Grundlagen beruhen, war noch unbekannt.

Eine Sache der Thermodynamik

Erst der geniale französische Physiker und Ingenieur Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832) brachte erstmals eine Theorie dafür zu Papier. 1824 veröffentlicht er in einem Privatdruck seine „Betrachtungen über die bewegende Kraft des Feuers und die zur Entwicklung dieser Kraft geeigneten Maschinen“. Darin zeigte er anhand eines Gedankenexperiments, wie Thermodynamik funktioniert. Er ließ einen hypothetischen Kolben zwischen einem heißen und einem kalten Reservoir bewegen und erklärte Schritt für Schritt, wie Wärme dabei immer ein genau bestimmtes Quantum an mechanischer Arbeit verrichten kann. Damit war die Grundlage für Dampfmaschinen und aller (noch zu entwickelnden) Verbrennungsmotoren im Ansatz erklärt. Das Interessante dabei:

Carnot links herum

Der später ihm zu Ehren benannte „Carnot-Prozess“ funktioniert auch andersrum. Mit einer „umgekehrten“ Kraftwärmemaschine kann mittels mechanischer Arbeit in einem „linksläufigen Carnotprozess“ auch Wärme oder Kälte erzeugt werden. Damals war noch nicht bekannt, wie solche Maschinen funktionieren. Lord Kelvin, der Entdecker des absoluten Nullpunktes, hatte die Werke Carnots aber begeistert studiert und sagte bereits 1850 die Wärmepumpe voraus. Mit ihr kann aus der Umgebung Wärme entzogen und diese via Gaskompression und -entspannung auf ein anderes Energieniveau gepumpt werden. Damit kann man – sehr effizient und je nach Bedarf – künstlich Kälte oder Wärme produzieren.

Österreichs Pioniere

Die praktische Umsetzung ließ nicht lange auf sich warten. 1853 meldete der österreichische Ingenieur, Physiker und Mathematiker Peter von Rittinger ein Patent für eine „Dampfpumpe“ an, die als die erste praktische Umsetzung einer Wärmepumpe gilt. Rittinger wollte mit seiner Erfindung die enormen Holzmengen, die in der Saline in Ebensee fürs Verdampfen der Sole gebraucht wurden, um 80 Prozent verkleinern. Am Papier war die Rechnung korrekt. Die Pilotanlage litt aber noch an vielen Kinderkrankheiten.

Ihren ersten Durchbruch hatte die Wärmepumpe daher zuerst als Kältemaschine. Dabei waren es auch österreichische Brauereien, die maßgeblich an der Entwicklung beteiligt waren – und Carl von Linde. Dieser war Hochschulprofessor, der sich mit Thermodynamik beschäftigte. Er nahm an Preisausschreiben für Kältemaschinen teil und veröffentlicht die Ergebnisse.