Heizungsarten

Die Brennstoffzellenheizung - zukunftsfähig und gut gefördert

Mit der Brennstoffzellenheizung ist ein zukunftsweisendes Heizungssystem von höchster Effizienz entwickelt worden. Die Technik arbeitet mit Wasserstoff. Gewonnen wird dieser Wasserstoff in der Regel aus Erdgas.

26.10.2020, 11:06 Uhr
BrennstoffzelleIn der Regel wird für die Brennstoffzellenheizung ein Erdgasanschluss benötigt. Flüssiggas ist aber auch eine Option.© Callux

Die Brennstoffzellenheizung, abgekürzt BZH, produziert dank Kraft-Wärme-Kopplung Wärme und Strom. Das ist aber nicht der einzige Vorteil dieser Heizungsart. Sie spart im Vergleich zu herkömmlichen Erdgasheizungen außerdem bis zu 40 Prozent Energie und halbiert die CO2-Emissionen.

Erdgas als Voraussetzung für die Wasserstoffgewinnung

Der Planet Erde besteht zu 93 Prozent aus Wasserstoff. Dieses Element tritt nicht ungebunden auf. Im Fall der Brennstoffzellenheizung wird der Wasserstoff zumeist aus seiner Verbindung mit Erdgas gewonnen. Für den Betrieb einer BZH wird also in vielen Fällen ein Erdgasanschluss benötigt. Das emissionsarme Erdgas gelangt zunächst in den Reformer der Brennstoffzellenheizung. Der Reformer wandelt mithilfe von Wasserdampf das Erdgas in Wasserstoff um.

Es gibt aber auch Systeme, die mit Flüssiggas funktionieren. Wasserstoff kann sogar mit Hilfe von Strom, mit dem Verfahren der Elektrolyse hergestellt werden. Der Strom kann dabei über eine Photovoltaik-Anlage erzeugt werden. Letzteres ist aber bisher gerade für Privathaushalte kaum lohnenswert, die Amortisationszeit ist lang.

Brennstoffzelle Infografik Bei der Brennstoffzelle bleiben Wasser und Sauerstoff als Reststoffe übrig. © Initiative Brennstoffzelle

Die kalte Verbrennung erzeugt Strom und Wärme

Nach seiner Umwandlung im Reformer fließt der Wasserstoff in die Brennstoffzelle, das zentrale Funktionsteil dieser Technik. Die Brennstoffzelle besteht aus drei Teilen: einer Anode, einer Kathode und einer Trennschicht. Tritt der Wasserstoff in die Brennstoffzelle ein, kommt es zu einer kalten Verbrennung. Bei diesem Prozess, der bereits 1838 entdeckt worden ist, entstehen Strom und Wärme. Allerdings ist die elektrische Spannung zwischen Anode und Kathode mit 0,5 bis 1,0 Volt nicht hoch. Darum werden in der BZH mehrere Brennstoffzellen hintereinander geschaltet.

Brennstoffzellenheizungen reduzieren den CO2-Ausstoß

Die Vorteile einer Brennstoffzellenheizung liegen in ihrer effizienten Ausbeute an Wärme und Strom. Die Brennstoffzellen-Technik wandelt fast die gesamte Energie (über 90 Prozent), die in sie hineingeleitet wird, in elektrische und thermische Energie um. Als primären Energieträger nutzt sie zwar das fossile Erdgas, aber durch ihre Effizienz wird deutlich weniger CO2 produziert als bei einem herkömmlichen Erdgas-Heizsystem. Daneben gilt nur das Heizen mit Pellets und mit der Wärmepumpe als klimaschonender.

Brennstoffzellenheizungen sind technisch komplex

Für die Inbetriebnahme einer erdgasbasierten BZH bedarf es mehrerer technischer Komponenten. Zum einen den Gasanschluss für die Erdgaszufuhr. Des weiteren eine Zentralheizungsanlage für Warmwasser und Raumwärme - denn die Brennstoffzellenheizung arbeitet nur, wenn Strom und Wärme abgenommen werden. Überschüssig produzierter Strom kann gegen Entgelt ins Netz eingespeist werden. Für die überschüssige Wärme braucht es einen Wärmespeicher (meist in Form eines Pufferspeichers). Neue Brennstoffzellenheizungen integrieren ein Brennwertmodul, das einspringt, wenn im Winter die brennstoffzellenproduzierte Wärme nicht ausreicht.

Brennstoffzellentechnik vom Beistellgerät bis zur Gesamtversorgung

Viele führende Hersteller von Heizungstechnik haben brennstoffzellenbasierte Geräte in ihr Modell-Portfolio aufgenommen. Ausgereifte Lösungen sind bei Buderus, Junkers, Remeha, SenerTec, SOLIDpower, Sunfire und Viessmann zu finden. Die Modelle reichen in ihrer Leistungskraft vom smarten Beistellgerät bis zur Versorgungsanlage für Mehrfamilienhäuser und gewerbliche Nutzgebäude. Dabei kommen unterschiedliche Brennstoffzellen-Arten zum Einsatz. Die beiden wichtigsten sind die PEMFC-Brennstoffzelle (eine Niedertemperatur-Zelle) und die SOFC-Brennstoffzelle (eine Hochtemperatur-Zelle).

Vorteile und Einsatz der PEMFC-Brennstoffzellen

Die PEMFC-Brennstoffzellen besitzen eine sehr dünne, platinbeschichtete Kunststoffmembran. PEM-Zellen arbeiten bei 70 bis 90 Grad. Aus dieser niedrigen Temperatur resultiert ein sehr niedriger Wartungsaufwand und eine besondere Langlebigkeit. PEMFC-Zellen enthalten keine aggressiven Flüssigkeiten. Sie stellen Strom und Wärme ohne lange Anlaufphasen zur Verfügung. Eingesetzt werden sie zur Versorgung von Einfamilienhäusern, zum Beispiel in Geräten der Firmen SenerTec und Viessmann.

Vorteile und Einsatz der SOFC-Brennstoffzellen

SOFC-Brennstoffzellen sind mit einer keramischen Membran ausgestattet. Ihre Betriebstemperatur liegt zwischen 650 und 1.000 Grad Celsius. Diese hohe Temperatur ermöglicht eine direkte Umwandlung des Erdgases ohne Transportstrecken. Der elektrische Wirkungsgrad ist besonders hoch. SOFC-Zellen kommen in gewerblicher Nutzung und in Ein- bis Zweifamilienhäusern mit höherem Energiebedarf zum Einsatz. Renommierte Unternehmen wie Buderus und SOLIDPower haben diese Brennstoffzellenart in ihre Geräte integriert.

Großinvestition Brennstoffzellenheizung

Die Brennstoffzellenheizung bringt ihren Besitzern mehrere Vorteile ein: die laufenden Kosten für Wärme und Strom reduzieren sich; der ökologische Fußabdruck wird deutlich kleiner; der Haushalt macht sich unabhängiger von den Preiserhöhungen des Energiemarkts; die Technik zeichnet sich durch Wartungsarmut und Langlebigkeit aus. Allerdings sind die Anschaffungskosten für eine BZH hoch. Sie liegen zwischen 20.000 und 30.000 Euro. Diese Investitionssumme addiert sich aus dem Heizsystem selbst, der Investition in einen speziellen Schornstein und - falls nicht vorhanden - die Bereitstellung eines Gasanschlusses.

BZH-Fördergelder vom Staat

Im Gegenzug zahlt der Staat Fördergelder für die zukunftsfähige Brennstoffzellen-Technik. Diese setzen sich laut der bundeseigenen Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) aus einem Zuschuss (5.700 Euro/ Stand Oktober 2020) und einem leistungsabhängigen Betrag von zur Zeit 450 Euro je angefangene 100 Watt elektrische Leistung zusammen. Alle Fördergelder für die Brennstoffzellenheizung müssen vor Beginn der Einbaumaßnahme beantragt werden. Außerdem gibt es ein paar Voraussetzungen für die Zahlung der Förderungen. Der Beantragungsprozess muss durch einen Energieberater begleitet werden. Die Brennstoffzellenheizung soll in das Wärme- und Stromnetz des Gebäudes eingebunden sein. Außerdem braucht es einen hydraulischen Abgleich und einen über zehn Jahre laufenden Wartungsvertrag für die BZH.

Weiterführende Links
  • Zu den Fördermöglichkeiten beim BAFA

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