brennstoffzelle
27. September 2016 /

Die Brennstoffzelle – Lohnt sich die Anschaffung?

Der technische Fortschritt geht auch am Heizungskeller nicht vorbei. So gibt es mit der Brennstoffzelle ein modernes Heizgerät, das Wärme und Strom gleichzeitig erzeugt. Das Besondere daran: Brennstoffzellen werden mit Wasserstoff betrieben und laufen im Gegensatz zu herkömmlichen Heizungssystemen auch ohne Verbrennung von Energieträgern.

Wie eine Brennstoffzelle funktioniert, wann sie sich lohnt und wie sich die moderne Technologie von anderen Kraft-Wärme-Kopplungs-Geräten (KWK) abhebt, erklärt dieser Beitrag.

Was ist eine Brennstoffzelle eigentlich?

Eine Brennstoffzelle ist ein Gerät, das die chemische Energie eines Brennstoffs in Strom umwandelt und die dabei entstehende Reaktionswärme zum Beispiel zum Heizen gewinnt. Je nach Aufbau eignet sie sich dabei für die Verwendung in modernen Wasserstoff-Autos oder in effizienten Heizsystemen zur Gebäudebeheizung und Warmwasserbereitung.

Die Brennstoffzellen-Heiztechnologie ist heute noch recht jung, so wurden die ersten Geräte in einem umfangreichen Praxistest von Energieversorgern und Herstellern seit dem Jahr 2008 in deutschen Haushalten installiert (CALLUX-Praxistest). Seit 2011/ 2012 verkauften Hersteller ihre Geräte auch am freien Markt. Bis heute klappt das jedoch nur mit mäßigem Erfolg, denn auch wenn die Technik selbst ausgereift ist, sorgen hohe Anschaffungskosten für spürbare Hürden.

Wie funktioniert eine Brennstoffzellen-Heizung?

Anders als herkömmliche Gas- oder Ölheizungen arbeiten Brennstoffzellen-Heizgeräte mit einer „kalten Verbrennung“ – einem chemischen Prozess, bei dem Wasserstoff und Sauerstoff zur Reaktion gebracht werden.

Kalte Verbrennung erzeugt Strom und Wärme

Damit dabei Strom entstehen kann, besteht eine Brennstoffzelle vereinfacht aus zwei Elektroden, die durch eine bedingt durchlässige Membran voneinander getrennt sind. Gelangt Wasserstoff in den Reaktionsraum, wird er durch einen Katalysator an der negativ geladenen Anode in Elektronen und Protonen getrennt. Die Elektronen wandern dann über einen elektrischen Leiter zur positiv geladenen Kathode und es fließt Strom. Die Protonen schlüpfen hingegen durch die nur für sie durchlässige Membran und verbinden sich auf der anderen Seite mit den Elektronen und Sauerstoff aus der Luft zu Wasser. Die bei der Reaktion entstehende Wärme wird gewonnen und auf das Heizungssystem übertragen.

Woher kommt der Wasserstoff für die Brennstoffzelle?

Der Wasserstoff für die Brennstoffzelle wird über einen Reformer direkt im Heizgerät hergestellt. Dabei wird ein wasserstoffhaltiges Gas mit heißem Wasserdampf aus Erd- oder Flüssiggas gelöst. Als Nebenprodukte entstehen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.

Kleine Leistung und Spitzenlast-Kessel für Wohngebäude

Für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern werden Brennstoffzellen-Heizgeräte heute in Bereich von etwa 0,7 bis zu 2,5 Kilowatt elektrischer Leistung angeboten. Da die Geräte je nach Größe und Einbindung in das Gebäude mit 10 bis 20 Prozent nur einen kleinen Teil des Wärmebedarfs decken können, erfolgt häufig eine Verwendung mit einem Spitzenlast-Heizgerät wie zum Beispiel einer Gas-Brennwerttherme.

Was unterscheidet eine Brennstoffzelle von anderen KWK-Geräten?

Im Vergleich zu anderen Kraft-Wärme-Kopplungs-Geräten (kurz KWK) wie Blockheizkraftwerken mit Verbrennungs- oder Stirling-Motoren erzeugen Brennstoffzellen Strom und Wärme fast im gleichen Verhältnis. Das heißt, auf eine Kilowattstunde elektrischer Leistung kommt gleichzeitig auch eine Kilowattstunde thermischer Leistung, während Verbrennungs-BHKWs nur ein Verhältnis von 1 zu 3 und Stirling-BHKWs von 1 zu 5 erreichen.

Das heißt: Brennstoffzellen arbeiten effizienter und erreichen höhere elektrische Wirkungsgrade. Auch ein Blick auf die Emissionen lässt Brennstoffzellen deutlich besser abschneiden. Denn durch den chemischen Prozess erzeugen sie weniger Kohlendioxid als BHKWs bei der Verbrennung von Gas oder Öl.

Wann lohnt sich der Einsatz einer Brennstoffzelle?

Brennstoffzellen haben heute noch hohe Anschaffungskosten. Sie lohnen sich daher nur, wenn sie möglichst viel Strom produzieren, der entweder in das öffentliche Netz eingespeist oder im besten Falle gleich im eigenen Haushalt verbraucht wird. Theoretisch könnte eine Brennstoffzelle dabei die Hälfte eines Jahres durchweg arbeiten und so viel Strom erzeugen, dass eine vierköpfige Familie komplett unabhängig vom öffentlichen Versorger wird.

Eine Brennstoffzelle muss Strom- und Wärmebedarf decken

Die Herausforderung dabei ist jedoch, dass gleichzeitig auch die entstehende Wärme sinnvoll eingesetzt werden muss. Während der Bedarf dabei im Winter besonders hoch ist, sinkt er im Sommer auf ein Minimum – allein die Warmwasserbereitung sorgt dann noch für einen entsprechenden Bedarf.

Wirtschaftlich auch in energiesparenden Wohngebäuden

Da Brennstoffzellen Wärme und Strom im Gegensatz zu anderen KWK-Technologien aber fast im gleichen Verhältnis erzeugen reicht dieser kontinuierliche Wärmebedarf bereits aus, um eine ausreichend hohe Laufzeit zu erreichen. Brennstoffzellen-Heizgeräte können somit auch in energieeffizienten Gebäuden wirtschaftlich eingesetzt werden. Dies setzt die Kombination mit einem Wärmespeicher voraus. Wichtig ist ebenfalls, dass keine Solaranlage vorhanden ist. Denn diese würde den Bedarf und damit auch die Stromproduktion minimieren.

Werden Brennstoffzellen-Heizgeräte gefördert?

Mit Preisen von 18.000 bis 20.000 Euro zählen Brennstoffzellen-Heizgeräte heute zu den teuersten Heizsystemen am Markt. Dennoch können sie wirtschaftlich betrieben werden. Denn über die Kreditbank für Wiederaufbau (kurz KfW) fördert der Staat bis zu 40 Prozent der entstehenden Kosten. Möglich wird das über das KfW-Programm 433 „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle“. Neben einem Festbetrag von 5.700 Euro erhalten private Hausbesitzer dabei einen leistungsabhängigen Zuschuss von 450 Euro je angefangener 100 Watt elektrischer Leistung für Leistungsklassen von 0,25 bis 5,0 Kilowatt elektrischer Leistung.

Wo kann die Förderung beantragt werden?

Die Förderung ist zusammen mit einem Energieberater noch vor Beginn der Baumaßnahmen über das KfW-Zuschussportal in Auftrag zu geben. Die Beantragung des Zuschusses ist voraussichtlich ab 01.12.2016 möglich. Es besteht jedoch die Möglichkeit die Förderung bis zum Zeitpunkt der Antragsstellung vorab zu reservieren. So können Bauherren und Hausbesitzer sich bereits jetzt Fördermittel für die Brennstoffzelle sichern und mit der Anschaffung beginnen. Die wichtigsten Informationen dazu gibt es hier: kfw.de

Brennstoffzellen erzeugen Strom und Wärme aus Wasserstoff und eignen sich als moderne Heizgeräte auch zum Einsatz in effizienten Wohngebäuden. Die hohen Kosten der effizienten Technik sinken mit der Förderung, die der Staat über die KfW bereitstellt.

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