Brennstoffzellenheizung – effizient und ökologisch

Erfahrungen mit der Brennstoffzellenheizung

Wenn eine defekte Heizung ersetzt werden soll oder eine moderne und effizientere Heizung für einen Neubau (Eigenheim oder Mehrfamilienhaus) gesucht wird, kann eine Brennstoffzellenheizung eine interessante Option sein.

Im Vergleich zu konventionellen Gasheizungen sind Brennstoffzellenheizungen zwar immer noch teurer, haben aber deutliche Vorteile beim Thema Energiebedarf und CO2-Emissonen.

Als Mini-KWK-Anlagen produzieren sie elektrische Energie (Gleichstrom) und – sozusagen als Nebenprodukt – Wärme. Dadurch wird ein Gesamtwirkungsgrad von teilweise über 90 % erreicht. Ein sog. Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, der im Haus genutzt werden kann. Ein Wärmetauscher macht die Abwärme der Brennstoffzelle für die Heizung und Warmwasserbereitung verfügbar. Die Kompaktgeräte decken mit einer elektrischen Leistung von etwa 0,5 Kilowatt (kW) und einer Wärmeleistung von rund 1,3 kW den Grundbedarf eines Ein- bis Zweifamilienhauses.

Wenn eine Brennstoffzellenheizung zusätzlich mit geeignet ausgelegten Speichermedien für Strom und Wärmeenergie gekoppelt wird, erhält der Betreiber eine weitgehend autarke Energiequelle. Das gilt zu 100 % für die elektrische Energie. Für die Wärmeenergie wird man in der Regel für besonders kalte Wintertage eine Brennwertheizung als Reserve einplanen.

Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung – Was ist das eigentlich?

Das technische Grundprinzip einer Brennstoffzellenheizung beruht auf der Umkehrung der Elektrolyse. In der galvanischen Zelle wird die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs (z. B. Wasserstoff, Butan, Methanol) und eines Oxidationsmittels (Sauerstoff aus der Umgebungsluft) in elektrische Energie umgewandelt. Als Abfallprodukt bei diesem elektrochemischen Prozess entsteht Wärmeenergie, die zum Heizen verwendet werden kann. Falls (möglichst klimaneutral erzeugter) Wasserstoff zur Verfügung steht, ist das Kernelement einer solchen Brennstoffzellenheizung eine mit geringem Aufwand herstellbare Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle (Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle, PEM-BZ).

Solange noch kein (Bio-)Wasserstoff als Brennstoff vorhanden ist, kann stattdessen auch fossiles oder biogenes Methan (Erdgas oder gar „Bio-Erdgas“) verwendet werden. Dazu wird der Brennstoffzelle eine wartungsfreie Reformer-Einheit vorgeschaltet, die das Methan in Wasserstoff zum direkten Betrieb der Brennstoffzelle umwandelt. Hinzu kommen noch die elektrische Leistungselektronik und die Regelungseinheit für die Betriebsführung. Zur Deckung der Bedarfsspitzen für Heizung und Warmwasser an kalten Wintertagen schaltet sich bei den meisten Herstellern ein Gas-Brennwertkessel zu.

Bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen (Festoxid-Brennstoffzelle oder SOFC = solid oxide fuel cell) kann Erdgas auch direkt als Brenngas eingesetzt werden. Der oben beschriebene Entzug von Wasserstoff aus dem Methan verläuft dabei innerhalb der Brennstoffzelle. Es ist also kein Vorschaltgerät mehr nötig.

Der stationäre Einsatzbereich eines Brennstoffzellensystems in der Haustechnik erstreckt sich über einen weiten Leistungsbereich, angefangen bei kleinen Systemen mit einer Leistung von 0,5 bis fünf Kilowatt elektrischer Leistung – beispielsweise als Hausenergieversorgung – bis hin zu Systemen im niedrigen Megawattbereich. Größere Systeme werden in Krankenhäusern, Schwimmbädern oder für die Versorgung von kleinen Kommunen eingesetzt.

Was kostet eine Brennstoffzellenheizung?

Ein Blick nach Japan macht klar, welches Potenzial in Brennstoffzellenheizungen vorhanden ist. Dort laufen schon mehr als 100.000 Heizungsanlagen, deren Herz eine Brennstoffzelle ist.

In Deutschland sind es bisher deutlich weniger. 2015 wurde gerade die Marke von 1.000 Geräten überschritten. Doch in diesem Jahr will die Branche mit Serienprodukten durchstarten. Das sollte die Preise purzeln lassen. Vor zwei Jahren musste ein Haushalt noch zwischen 30.000 und 40.000 Euro für eine Brennstoffzellenheizung ausgeben. Die neuen Anlagen, die gerade auf den Markt kommen, liegen nur noch bei rund 25.000 Euro.

Förderung und Zuschüsse für Brennstoffzellenheizungen

Der Staat unterstützt den Einbau einer Brennstoffzellenheizung mit erheblichen Förderbeträgen, sodass sich diese Investition in Energieeffizienz und Klimaschutz auch ökonomisch rechnet.

Die NEW macht den Zugang zu diesem Mini-Blockheiz-Kraftwerk im heimischen Keller mit dem Angebot NEWwärme jetzt noch attraktiver. Der Energieversorger verpachtet dabei die Brennstoffzellen-Heizung an den Kunden und übernimmt gleichzeitig die Betriebsführung. Die staatliche Förderung gibt die NEW in Form eines geringeren Grundpreises an den Kunden weiter. Der Vertrag hat eine Laufzeit von zehn Jahren und endet, ohne dass es einer Kündigung bedarf. Nach Ende der Laufzeit wird der Kunde kontaktiert, bei Bedarf wird ein erneutes Angebot für NEWwärme unterbreitet.

Der Pacht- und Betriebsführungsvertrag ist für die Kunden nicht zuletzt auch deshalb von Vorteil, weil sie mit dieser vertraglichen Regelung nur eine verminderte EEG-Umlage (40 %) auf den eigenverbrauchten Strom zahlen müssen.

Die NEW arbeitet bei ihrem Pacht- und Betriebsführungsangebot für Brennstoffzellenheizungen mit namhaften Partnern wie den Herstellern Viessmann und SolidPower zusammen. Während SolidPower sich ganz auf Brennstoffzellenheizungen konzentriert, bietet Viessmann auch Kombimodelle an, also Brennstoffzellenheizungen mit zusätzlichen Gas-Brennwert-Modulen.

Lohnt sich der Umstieg auf eine Brennstoffzellenheizung?

Eine Brennstoffzellenheizung rechnet sich bereits bei einen jährlichen Strom-Verbrauch von 5.000 kWh, wie er bei Familien mit vier bis fünf Personen heute fast normal ist.

Besonders hoch ist die Wirtschaftlichkeit der Anlage, wenn der Großteil des produzierten Stroms vor Ort genutzt werden kann. Ebenfalls zur Rentabilität einer solchen neuen Heizung trägt ein möglichst gleichmäßiger Wärmebedarf im Haushalt bei. So kann im Sommer die Brennstoffzelle die Warmwasserbereitung übernehmen.

Oder warum nicht die überschüssige Wärme über dezentrale Mini-Verteilsysteme an Nachbarn verkaufen? Diese Verteilsysteme existieren in der Regel heute noch nicht. Das Beispiel zeigt indes, dass der technischen und organisatorischen Fantasie keine Grenzen gesetzt sind.

Derzeit werden Brennstoffzellenheizungen – wie auch schon der Name vorgibt – wärmebedarfsgeführt betrieben. Das bedeutet, dass die Systemleistung nach der benötigten Wärmemenge geregelt wird, wobei der erzeugte elektrische Strom zuerst selbst genutzt und der Überschussstrom in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird.

Wie wichtig es ist, gerade den Bereich der Wärmeversorgung in die Energiewende miteinzubeziehen, zeigt deutlich die Verteilung des Energieverbrauchs in Deutschland: Mit einem Anteil von rund einem Drittel am Energieverbrauch bietet der Wärmemarkt ein riesiges Potenzial, um fossile Brennstoffe einzusparen. Die dezentrale sowie gekoppelte Strom- und Wärmeversorgung gewinnt dabei immer mehr an Bedeutung. Die stromerzeugende Heizung wird künftig auch dann einspringen, wenn kein Wind weht und keine Sonne scheint.