Was ist eine Brennstoffzellenheizung eigentlich?

Bereits im Jahr 1870 schrieb Jules Verne: „Das Wasser ist die Kohle der Zukunft. Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern.“. Heute, fast 150 Jahre später ist das möglich. Denn mit der Brennstoffzellenheizung gibt es eine Technologie, die die chemische Energie des Wasserstoffs in elektrische und thermische umwandelt.

Brennstoffzelle für die Heizung: Die Funktion einfach erklärt

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle? Die Brennstoffzellenheizung ist ein effizientes KWK-Gerät, das sowohl Strom als auch Wärme produziert. Möglich ist das in einzelnen Brennstoffzellen. Diese bestehen aus zwei Elektroden (Kathode und Anode), die über einen elektrischen Leiter miteinander verbunden sind. Die Räume rings um Kathode und Anode sind jedoch durch eine bedingt durchlässige Schicht (den Elektrolyt) voneinander getrennt. Diese kann zum Beispiel aus einer feinen Membran bestehen.

Übrigens: KWK steht für Kraft-Wärme-Kopplung und bezeichnet Geräte, die gleichzeitig Strom (Kraft) und Wärme produzieren. Neben den hier vorgestellten Brennstoffzellen können das auch Blockheizkraftwerke mit konventionellen Motoren und Stirling-Motoren sein.

Video: Funktion der Brennstoffzellenheizung im Praxisbeispiel

Heizungsanlage mit Brennstoffzelle in einem modernen Einfamilienhaus

Wasserstoff und Sauerstoff reagieren kontrolliert miteinander

Trifft nun Wasserstoff auf die erste Elektrode, sorgen Katalysatoren dafür, dass sich dieser in Elektronen und Protonen trennt. Wandern die Elektronen dann über den Leiter zur zweiten Elektrode, der Kathode, entsteht Strom. Gleichzeitig strömen die Protonen durch die nur für sie durchlässige Membran und verbinden sich auf der anderen Seite mit Elektronen und Sauerstoff aus der Luft zu Wasser. Dem Endprodukt der chemischen Reaktion. Die Wärme, die bei der sogenannten kalten Verbrennung entsteht, wird gewonnen und für die Heizung nutzbar gemacht.

Wasserstoff aus Erdgas oder erneuerbaren Energieanlagen

Den Wasserstoff für die Reaktion kann eine Brennstoffzellenheizung unter anderem aus Erdgas gewinnen. Abhängig von ihrem Typ, funktioniert das zum Beispiel über einen Reformer, der das Gas aus der Leitung mit Wasserdampf versetzt. Eine Alternative stellt die Nutzung erneuerbarer Energien dar. So können Hausbesitzer auch den Strom einer Photovoltaik-Anlage nutzen, um Wasserstoff herzustellen. Dazu spaltet ein Wasserstoff-Elektrolyseur Wasser mit Grün-Strom in Wasserstoff und Sauerstoff auf. Anschließend lässt sich das energiereiche Gas in Wasserstoffspeichern bevorraten und mit einer Brennstoffzellenheizung zur Strom- und Wärmeerzeugung nutzen.  

Übrigens: Mit dem Callux-Projekt, das bereits im Herbst 2008 startete, testeten namhafte Hersteller die Brennstoffzellen-Heizungen in der Praxis. Das Projekt endete 2015 und mündete in die breite Einführung der Gasheizungen am Markt. Durch die Erkenntnisse der siebenjährigen Testphase konnten Hersteller die stromerzeugende Heiztechnik erfolgreich weiterentwickeln.

Was hat die Brennstoffzellenheizung für Vorteile?

Wer von der neuen Technologie hört, fragt sich häufig: „Was hat die Brennstoffzellenheizung für Vorteile, wo es doch bereits BHKW´s und Stirling-Heizgeräte gibt?“. Richtig ist, dass die Brennstoffzelle für die Heizung genau wie andere BHKWs Strom und Wärme erzeugt. Ihr Vorteil liegt aber in der Effizienz, mit der das geschieht.

Hohe Stromkennzahl für wirtschaftlich sinnvollen Einsatz

Genauer liegt der Vorteil der Brennstoffzelle in der Stromkennzahl. Diese steht für das Verhältnis der abgegebenen elektrischen Energie zur nutzbaren Wärme. Während ein herkömmliches Blockheizkraftwerk hier auf einen Wert von 0,15 bis 0,5 kommt, erreicht die Brennstoffzellenheizung häufig ein Ergebnis von 1. Das heißt: Sie erzeugt in der Regel genau so viel Strom wie Wärme. Konventionelle BHKWS produzieren deutlich weniger Strom.

Höhere Wirtschaftlichkeit in Einsatzgebieten mit kleiner Leistung

Ein einfaches Beispiel zeigt, warum das besonders gut ist. KWK-Geräte sind recht teuer und lohnen sich nur dann, wenn sie viel Strom erzeugen. Produzieren können sie diesen allerdings nur dann, wenn auch die gleichzeitig entstehende Wärme verwendet werden kann. Vor allem in modernen Gebäuden mit niedrigem Energiebedarf ist der Wärmebedarf aber nur sehr gering. Liegen Strom- und Wärme-Produktion wie bei einer Brennstoffzellen-Heizung jedoch in einem ähnlichen Verhältnis, kann mehr Strom gewonnen, in das öffentliche Netz eingespeist oder direkt selbst verbraucht werden. Das erhöht die Einsparungen und vergrößert den Einsatzbereich der Heiztechnik.

Übrigens: Die Frage, ob eine Brennstoffzellenheizung wirtschaftlich ist, lässt sich pauschal nicht beantworten. Aufschluss gibt hier nur die individuelle Betrachtung, die ein Experte im Rahmen einer fachgerechten Planung durchführt.

Unabhängigkeit von Konzernen und schwankenden Strompreisen

Ein weiterer Vorteil der Brennstoffzellenheizung ist die zunehmende Unabhängigkeit von großen Energiekonzernen und ständig schwankenden Strompreisen. Denn je mehr elektrische Energie Verbrauch im eigenen Haus erzeugen, umso weniger müssen sie aus den öffentlichen Netzen einkaufen.

Brennstoffzellenheizungen sind besser für die Umwelt und das Klima

Eine Brennstoffzelle für die Heizung stößt weniger Schadstoffe aus und verbraucht weniger fossile Ressourcen. Sie entlastet damit nicht nur den eigenen Geldbeutel, sondern auch die Umwelt und das Klima. Am besten funktioniert das natürlich dann, wenn Hausbesitzer auch den Wasserstoff für die Heizung mit Solarstrom selbst erzeugen.

Welche Voraussetzungen gibt es für eine Brennstoffzelle?

Zugegeben, die Brennstoffzellenheizung hört sich ein wenig nach Raketentechnik an. Aber: Sie arbeitet zuverlässig und lässt sich bereits heute in vielen verschiedenen Haushalten einsetzen. Die nachfolgende Tabelle zeigt, welche Voraussetzungen Hausbesitzer dabei erfüllen müssen.

Voraussetzung für die Brennstoffzelle Erklärung
Erdgasanschluss oder große Photovoltaikanlage Damit die Brennstoffzellenheizung ihren Betrieb aufnehmen kann, benötigt sie entsprechende Brennstoffe. Am einfachsten ist hier ein Gasanschluss, wie bei einer herkömmlichen Gasheizung. Möglich ist aber auch die Kombination mit einer Photovoltaikanlage und einem Elektrolyseur, der den Wasserstoff regenerativ herstellt. Das ist zwar ökologisch günstig, heute aber noch recht teuer.
Wärmeverteilung über zentrale Heizungsanlage Die Brennstoffzelle für die Heizung erzeugt neben Strom auch thermische Energie, die sie dann über das Heizwasser an Fußboden-Heizungen oder Heizkörper verteilt. Damit das funktioniert, muss eine zentrale Heizungsanlage vorhanden oder geplant sein.
Wärmespeicher für höhere Einsparungen KWK-Geräte arbeiten nur dann, wenn neben dem Strom auch die Wärme einen Abnehmer findet. Während der Bedarf im Haus jedoch stark schwankt, lohnt sich der Einsatz von Speichern. Ein Puffer- oder Schichtladespeicher nimmt dabei die thermische Energie der Anlage auf und bevorratet sie so lange, bis sie im Haus benötigt wird. Das steigert die Laufzeit der Brennstoffzellenheizung, die produzierte Strommenge und damit auch die finanziellen Einsparungen.
Zusatzheizung oder Kombiheizgeräte Experten wählen die Heizleistung der Brennstoffzelle so, dass die Anlage möglichst lange läuft. In der Regel deckt sie damit aber nur die Grundlast des Wärmebedarfs ab. Für kalte Wintertage ist also ein zusätzlicher Wärmeerzeuger nötig. Günstig ist die Kombination mit einer Gasbrennwertheizung. Die Vitovalor Brennstoffzelle von Viessmann besteht dabei zum Beispiel aus einem kompakten Gerät, das neben der Gasheizung auch ein Brennstoffzellenmodul enthält. Das senkt den Installationsaufwand und ermöglicht eine platzsparende sowie saubere Aufstellung.

Eine Brennstoffzellenheizung kaufen: Worauf ist zu achten?

Wer eine Brennstoffzellenheizung kaufen möchte, muss einige Punkte beachten. Nur so arbeitet die Anlage in der Praxis sparsam und zufriedenstellend. Besonders wichtig ist dabei:

  • die passgenaue Auslegung der Heizung
  • die rechtzeitige Beantragung der Förderung
  • der Kauf von Geräten namhafter Hersteller

Die passgenaue Auslegung der Brennstoffzelle für die Heizung

Eine Brennstoffzellenheizung arbeitet nur dann wirtschaftlich, wenn sie viel Strom produziert, den Hausbesitzer im besten Falle auch selbst verbrauchen. Damit das funktioniert, muss die Anlage zum Haus passen. Experten untersuchen dabei den Wärmebedarf und wählen die Brennstoffzellen-Leistung so, dass diese die sogenannte Grundlast abdeckt. Das reicht aus, um Haus und Warmwasser über weite Teile im Jahr zu erwärmen. Um an wirklich kalten Tagen auch die Spitzenlast abdecken zu können, kommen Zusatzheizgeräte zum Einsatz. Günstig ist dabei eine Gasheizung, die wie bei der Vitovalor von Viessmann zusammen mit dem Brennstoffzellenmodul in einem Gerät untergebracht ist. Ein Pufferspeicher sorgt darüber hinaus dafür, dass die Heizung lange und gleichmäßig im optimalen Leistungsbereich arbeitet.

Übrigens: Während Hausbesitzer die Brennstoffzelle theoretisch auch mit einer Wärmepumpe, einer Holzheizung oder einer Pelletheizung kombinieren können, lohnt sich der Einsatz der Solarthermie hier weniger. Denn diese deckt bereits einen Teil des Wärmebedarfs und verkürzt somit die Laufzeit der Anlage. Diese produziert dann weniger Strom und die Einsparungen sinken.

Fördermittel für die Brennstoffzellenheizung rechtzeitig beantragen

Die innovative KWK-Technik ist noch jung und dementsprechend teuer. Um die Produktionszahlen zu steigern und so für sinkende Preise zu sorgen, fördert der Staat den Einsatz der Anlagen. So gibt es zum Beispiel einen Zuschuss von 40 Prozent über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW). Darüber hinaus können sich Hausbesitzer eine Vergütung für den selbst erzeugten Strom über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) auch vorab auszahlen lassen. Damit Verbraucher hier kein Geld verschenken, müssen sie viele Anträge bereits vor dem Einbau der Technik stellen. Im Abschnitt Förderung erklären wir, wie das funktioniert.

Namhafte Hersteller garantieren Effizienz und Zuverlässigkeit

Wie in vielen anderen Bereichen steht der Name eines bekannten Herstellers auch beim Brennstoffzellenheizung Kaufen für Qualität, Effizienz und Zuverlässigkeit. Nachfolgend geben wir einen Überblick über die bekanntesten Hersteller:

  • Logapower von Buderus
  • Galileo von Hexis
  • Cerapower von Junkers
  • Dachs InnoGen von SenerTec
  • Bluegen von SOLIDpower
  • Vitovalor von Viessmann

Was kostet eine Brennstoffzellenheizung?

Brennstoffzellenheizungen zählen aktuell zu den teuersten Wärmeerzeugern für Ein- und Mehrfamilienhäuser. Grund dafür sind die geringen Stückzahlen, in denen die noch jungen Geräte hergestellt werden. Bei einem Vergleich unterschiedlicher Angebote am Markt zeigen sich

  • durchschnittliche Anschaffungskosten von etwa 25.000 Euro.

Eine zuverlässige Auskunft erhalten Hausbesitzer jedoch nur mit dem Angebot einer Heizungsfirma. Denn neben den Kosten der Technik kann sich auch die Situation vor Ort auf die Preise auswirken.

Hohe staatliche Fördermittel für Brennstoffzellenheizgeräte

Der Staat fördert die innovative Technik aktuell mit besonders hohen Zuschüssen über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW). So erhalten Eigentümer

  • einer Wohnung in einer Wohnungseigentümergemeinschaft oder
  • eines Gebäudes mit maximal zwei Wohnungen

einen Zuschuss in Höhe von maximal 40 Prozent über das KfW-Programm 433 “ Energieeffizient Bauen und Sanieren - Zuschuss Brennstoffzelle (433)“. Dieser setzt sich dabei aus zwei Teilen zusammen:

  • einer Grundförderung in Höhe von 5.700 Euro
  • einem Bonus in Höhe von 450 Euro pro angefangene 100 Watt elektrische Leistung.

Für eine Brennstoffzelle mit einer elektrischen Leistung von 750 Watt bekommen Verbraucher dabei 5.700 Euro plus 3.600 Euro, also: 9.300 Euro.

Voraussetzung dafür ist, dass Hausbesitzer die Mittel noch vor dem Baubeginn mit einem Energieberater beantragen. Dieser prüft, ob alle technischen Voraussetzungen erfüllt sind und bestätigt das gegenüber der Bank. Außerdem müssen Verbraucher auch einen Vollwartungsvertrag über einen Zeitraum von mindestens 10 Jahren abschließen, um die Fördermittel zu erhalten.

Fördermittel für selbst erzeugten Strom über das KWK-Gesetz

Auch das Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK-Gesetz) fördert die Technik. Denn über dieses gibt es eine Vergütung für erzeugten Strom. Diese beträgt:

  • 4 Cent pro Kilowattstunde für Strom, den Hausbesitzer selbst verbrauchen
  • 8 Cent pro Kilowattstunde für Strom, den Hausbesitzer in das öffentliche Netz einspeisen

Besonders interessant für Besitzer von Anlagen mit einer elektrischen Leistung von bis zu 2.000 Watt ist die pauschalisierte Auszahlung der Stromvergütung. Dabei erhalten Interessierte direkt nach der Inbetriebnahme der Brennstoffzellenheizung eine Auszahlung des Stromertrages für die ersten 60.000 Betriebsstunden. Die Höhe der Vergütung beläuft sich auf 4 Cent pro Kilowattstunde und beträgt maximal 4.800 Euro.

Beantragen können Hausbesitzer die Mittel über eine elektronische Anzeige beim BAFA. Die daraufhin erstellte Bestätigung reichen sie zusammen mit dem Inbetriebnahmeprotokoll für die Brennstoffzellenheizung bei dem Stromnetzbetreiber ein. Dieser nimmt daraufhin die Auszahlung vor.

Fazit: Für wen lohnt sich eine Brennstoffzellenheizung

Im Gegensatz zu Blockheizkraftwerken mit Verbrennungs- oder Stirlingmotoren lohnen sich die Brennstoffzellen-Heizgeräte für viele Einsatzgebiete – auch in modernen und energieeffizienten Gebäuden. Besonders wichtig dabei ist es jedoch, die Planung der Heizanlage auf das Gebäude anzupassen. Denn nur, wenn die zu erwartenden oder die vorhandenen Energieverbräuche bekannt sind, kann eine zuverlässige Aussage zur Wirtschaftlichkeit einer Brennstoffzellen-Heizung getroffen werden. Eine zuverlässige Antwort auf diese Frage kann also nur ein Experte treffen, der sich das entsprechende Gebäude vor Ort angesehen hat.

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