Was macht die Brennstoffzellenheizung so besonders?

Die Auswahl auf dem Heizungsmarkt ist heute so vielfältig wie noch nie. Es gibt zahlreiche Heizungsarten und noch viel mehr an Kombinationen dieser Heizungen. Heute können wir mit der Heizung auch gleichzeitig Wärme und Strom erzeugen. Diese sogenannte „Kraft-Wärme-Kopplung“ passiert beispielsweise in Blockheizkraftwerken (BHKW). Eine besondere Form der Kraft-Wärme-Kopplung ist die Brennstoffzellen-Heizung.

Was macht die Brennstoffzellen-Heizung anders als ein BHKW?

Normalerweise wird Wärme in Gas- oder Ölheizungen durch einen Verbrennungsprozess erzeugt. Die dabei entstehende Wärme erwärmt das Heizungswasser über einen Wärmetauscher und transportiert es durch die Umwälzpumpe in die Wohnräume. In einem BHKW treibt die Wärme zusätzlich noch einen Generator an, der Strom erzeugt. Somit kommt man auf einen recht hohen Gesamtwirkungsgrad: Er erreicht ca. 80 bis 95%.

Mini-BHKW in gekapselter Bauform (Foto: Louis-F. Stahl, CC BY-SA 3.0 de, Link)

Eine Brennstoffzellen-Heizung funktioniert zwar ähnlich, es gibt dabei jedoch keinen klassischen Verbrennungsprozess. Man spricht von einer „kalten Verbrennung“. In der Brennstoffzelle wird die chemische Energie des Brennstoffs in einem chemischen Prozess direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Dabei entsteht Wärme, die über einen Wärmetauscher dem Heizkreis zugeführt werden kann. Somit können sowohl Wärme als auch Strom genutzt werden. Es wird ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht.

Technik der Brennstoffzelle in einfachen Worten

Eine Brennstoffzellen-Heizung arbeitet am besten mit Wasserstoff als Energieträger. Doch dieser ist nur selten verfügbar. Daher sind die Heizungen so gebaut, dass sie mit Erdgas funktionieren. Der Wasserstoff wird in einem sogenannten Reformer vom Erdgas abgespalten. Die kohlenstoffhaltigen Anteile im Erdgas können in einer zusätzlichen Verbrennungseinrichtung, wie z.B. eine Gas-Brennwertheizung, zum Heizen genutzt werden. Um die Spitzenlast für die Heizung abzudecken haben viele Brennstoffzellen-Heizgeräte einen Gasbrennwertkessel eingebaut.

Die Funktion der Brennstoffzelle können wir uns vorstellen wie die einer Batterie. Beide erzeugen auf chemischem Weg einen Gleichstrom bei niedriger Spannung. Doch in der Batterie ist der chemische Stoff, der zu Strom umgewandelt wird, irgendwann verbraucht und sie kann nicht mehr genutzt werden. Die Brennstoffzelle erhält durch den Gasanschluss immer Nachschub und kann damit laufend Strom produzieren.

In den Zellen reagiert der Wasserstoff mit Sauerstoff. Dabei entstehen Strom, Wärme und Wasser. Damit der Strom im Haus genutzt werden kann, ist ein Wechselrichter in der Brennstoffzellenheizung eingebaut. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, wie er auch aus der Steckdose kommt.

Die Wärme wird über einen Wärmetauscher an einen Pufferspeicher abgegeben. Sie kann so im Heizkreis oder zur Trinkwassererwärmung genutzt werden. In Spitzenzeiten, also bei kalten Außentemperaturen, kann ein zusätzlicher Spitzenlastkessel zugeschaltet werden.

Vorteile der Brennstoffzellen-Technik

Durch ihre Funktionsweise hat die Brennstoffzellen-Technik so einige Vorteile zu bieten:

• Brennstoffzellen haben einen relativ hohen elektrischen Wirkungsgrad von 35 bis 60%, auch im Teillastbetrieb. BHKW liegen je nach Art und Konstruktion laut Wikipedia bei 25-38% elektrischem Wirkungsgrad.
• Geringe Lärm- und Schadstoffemissionen. Der Betrieb der Brennstoffzellen-Heizung ist fast geräuschlos!
• Der Wartungsaufwand von Brennstoffzellen-Heizungen ist geringer als bei herkömmlichen Heizungsanlagen.
• Brennstoffzellen können stationär und mobil in Fahrzeugen eingesetzt werden.
• Es kann Gas verwendet werden, das z.B. aus einer Elektrolyse aus überschüssigem Wind- oder Solar-Strom gewonnen wird. Somit ist diese Technologie zukunftssicher. Sie verbindet die Sektoren Strom und Wärme in der Energiewende.

Geplante Power-to-Gas-Anlage von Energiedienst in Wyhlen

Gerade Wasserstoff könnte im Rahmen der Energiewende eine wichtige Rolle spielen. Energiedienst plant eine Anlage am Wasserkraftwerk Wyhlen, die aus Wasserkraft Wasserstoff erzeugen soll. Die Anlage ist ein Leuchtturmprojekt, das über das ZSW vom Land Baden-Württemberg gefördert wird.

Förderung einer Brennstoffzellen-Heizung über die KfW

Noch recht hoch sind bei Brennstoffzellenheizungen bislang die Investitionskosten. Daher gibt es für die Markteinführung der Brennstoffzellen-Heizung einen Zuschuss, der über die KfW beantragt werden kann.

• Das KfW-Programm 433 fördert den Einbau von stationären Brennstoffzellen-Heizungen in neue oder bestehende Wohn- und Nichtwohngebäude.
• Die Leistung des Brennstoffzellensystems muss zwischen 0,25 und 5,0 kW elektrischer Leistung liegen.
• Der Zuschuss wird in Abhängigkeit von der elektrischen Leistung des Systems und der Höhe der förderfähigen Gesamtkosten ausgezahlt. Er liegt zwischen 7.050 und 28.200 Euro.

Contracting-Angebote für Brennstoffzellensysteme

Es gibt auch diverse Contracting-Angebote mit Brennstoffzellen-Heizungen von Energieversorgern. Da kann es sich lohnen mal nachzufragen. Im Rahmen eines Markteinführungsprogrammes konnten schon einige Energieversorger Erfahrung sammeln mit Brennstoffzellen-Heizgeräten und haben diese damit für ein neues Geschäftsmodell ausprobiert.

Als Förderung kann aber auch der selbst erzeugte Strom betrachtet werden. Die stromerzeugende Heizung kann den Grundbedarf an Strom in einem privaten Haushaltes abdecken. Dafür müssen dann künftig weniger Stromkosten bezahlt werden. Dies verringert die Abhängigkeit vom Strompreis.

Zukunft der Brennstoffzellen-Heizung

Die Auswahl auf dem Heizungsmarkt ist für die Kunden größer und unübersichtlicher geworden. Auch Handwerker müssen sich heute mit unterschiedlichen Technologien auseinander setzen, um sie verkaufen und einbauen zu können.

Die Brennstoffzellen-Heizung hat von der Theorie her eine große Zukunft, besonders dann wenn sie mit regenerativ erzeugtem Gas betrieben wird. Doch bis dahin ist noch ein weiter Weg, denn sie muss für den Kunden attraktiver und günstiger werden. Immerhin gab es seit dem Start der Förderung im August 2016 eine rege Nachfrage. Über 900 Brennstoffzellen-Heizungen, besonders in Ein- und Zweifamilienhäusern, wurden bereits mit Zuschüssen unterstützt. Werden sich die Brennstoffzellen-Heizungen durchsetzen auf dem Markt?

Andreas Kühl

Andreas Kühl betreibt seit 2000 die Website http://www.energynet.de, seit dem Herbst 2006 als Blog. Der Diplom-Ingenieur (FH) für Bauphysik hat zuvor eine Ausbildung zum Elektromechaniker absolviert.