Alle Brennstoffzellentypen beruhen auf elektrochemischen Reaktionen, bei denen Wasserstoff und Sauerstoff zusammentreffen. Dabei entstehen Wärmeenergie, elektrischer Strom und Wasserdampf. Welche Brennstoffzellentypen es gibt und wo sie eingesetzt werden, zeigt dieser Überblick. Grundlagen zur Funktionsweise sowie Vor- und Nachteile finden Sie in unserem Ratgeber zu Brennstoffzellenheizungen.

Übersicht der Brennstoffzellentypen

Typ	Elektrolyt	Brennstoff	Wirkungsgrad
Alkalisch (AFC)	Kalilauge	Wasserstoff, Sauerstoff	40 bis 60 Prozent
Membran (PEMFC)	Polymermembran	Wasserstoff oder Erdgas, Sauerstoff oder Luft	35 bis 60 Prozent
Direkt-Methanol (DMFC)	Polymermembran	Methanol, Sauerstoff oder Luft	20 bis 40 Prozent
Phosphorsäure (PAFC)	Phosphorsäure	Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff, Luft	rund 40 Prozent
Carbonatschmelze (MCFC)	Alkalicarbonatschmelze	Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff, Luft	48 bis 70 Prozent
Oxidkeramisch (SOFC)	Keramik	Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff, Luft	47 bis 70 Prozent

Die Endung FC steht für das englische Fuel Cell, also Brennstoffzelle. Die Typen unterscheiden sich vor allem in der Betriebstemperatur, dem verwendeten Elektrolyt und den möglichen Brennstoffen.

Die Typen im Detail

AFC: Die alkalische Brennstoffzelle ist ein Niedertemperaturtyp, der bei etwa 20 bis 60 Grad Celsius arbeitet. Sie nutzt Wasserstoff und Sauerstoff, die allerdings sehr rein und damit teuer sein müssen. Zum Einsatz kommt sie vor allem in der Raumfahrt und beim Militär.

PEMFC: Die Membranzelle ist je nach Elektrolyt als Nieder- oder Hochtemperaturvariante einsetzbar. Sie erreicht einen guten Wirkungsgrad und startet auch aus dem kalten Zustand schnell. Verwendet wird sie im Fahrzeugbau, als mobile Stromquelle und für die Hausenergieversorgung.

DMFC: Die Direkt-Methanol-Zelle nutzt Methanol als Brennstoff und erreicht einen niedrigeren Wirkungsgrad. Ihr Vorteil liegt in der einfachen Handhabung des flüssigen Methanols im Vergleich zu gasförmigen Brennstoffen. Sie dient häufig als Batterieersatz, etwa für mobile Geräte.

PAFC: Die Phosphorsäurezelle erreicht im mittleren Temperaturbereich einen soliden Wirkungsgrad und arbeitet und wird überwiegend stationär eingesetzt, zum Beispiel in Blockheizkraftwerken und als Brennstoffzellenheizung.

MCFC: Die Carbonatschmelzen-Zelle arbeitet bei hohen Temperaturen von rund 620 bis 660 Grad Celsius und erreicht hohe Wirkungsgrade. Sie kommt vor allem in Blockheizkraftwerken zum Einsatz.

SOFC: Die oxidkeramische Zelle gehört mit rund 800 bis 1.000 Grad Celsius zu den Hochtemperaturzellen. Sie kann neben Wasserstoff auch Kohlenwasserstoffe nutzen, benötigt aber hitzebeständige Materialien und lange Anlaufzeiten. Eingesetzt wird sie in Blockheizkraftwerken und in der Hausenergieversorgung.

Welcher Typ für welchen Zweck?

Für die Wärmeversorgung im Eigenheim sind vor allem die PEMFC und die SOFC relevant, da sie sich gut für die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme im Gebäude eignen. Sie bilden die Grundlage moderner Brennstoffzellenheizungen, die mit Erdgas oder perspektivisch mit Wasserstoff betrieben werden können. Da die Brennstoffzellentechnik einen hohen elektrischen Wirkungsgrad bietet und wenig Emissionen verursacht, gilt sie als interessante Ergänzung im Rahmen der Energiewende. Ob sich eine Brennstoffzellenheizung für Ihr Gebäude lohnt, hängt von Ihrem Wärme- und Strombedarf sowie den verfügbaren Förderungen ab. Der praktische Unterschied liegt in der Betriebstemperatur: PEM-Zellen arbeiten bei rund 80 Grad und starten schnell, passen also zu schwankendem Bedarf. Oxidkeramische Zellen laufen bei 700 bis 900 Grad, erreichen einen höheren elektrischen Wirkungsgrad, brauchen aber lange zum Anfahren und gehören in den Dauerbetrieb.

Brennstoffzellen und die Energiewende

Brennstoffzellen gelten als vielversprechende Technik für eine effiziente Energieversorgung. Ihr großer Vorteil liegt im hohen elektrischen Wirkungsgrad, mit dem sie aus dem eingesetzten Brennstoff besonders viel Strom gewinnen, während zugleich nutzbare Wärme entsteht. Im Gebäudebereich kann eine Brennstoffzellenheizung so einen Teil des Strombedarfs decken und gleichzeitig für Wärme sorgen. Perspektivisch gewinnt die Technik zusätzlich an Bedeutung, wenn statt Erdgas zunehmend grüner Wasserstoff zum Einsatz kommt, der mit Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird. Noch sind die Anschaffungskosten hoch und die Verfügbarkeit von Wasserstoff begrenzt, doch als Baustein einer künftigen, dekarbonisierten Energieversorgung bleibt die Brennstoffzelle ein spannendes Feld.

Zusammengefasst gibt es verschiedene Brennstoffzellentypen, die sich in Elektrolyt, Betriebstemperatur und Brennstoff unterscheiden und für unterschiedliche Einsatzbereiche geeignet sind. Für die Wärmeversorgung im Gebäude sind vor allem die Membranzelle und die oxidkeramische Zelle relevant. Sie erzeugen gleichzeitig Strom und Wärme und bilden die Basis moderner Brennstoffzellenheizungen. Ob sich eine solche Anlage lohnt, hängt vom individuellen Bedarf und den Förderbedingungen ab, weshalb sich eine fachkundige Beratung empfiehlt.

Mit dem Fortschritt bei der Wasserstofftechnik und der Energiewende dürfte die Bedeutung der Brennstoffzelle weiter zunehmen. Für Eigentümer, die über eine kombinierte Wärme- und Stromversorgung nachdenken, lohnt es sich, die Entwicklung im Blick zu behalten und sich frühzeitig über Technik und Förderung zu informieren.

Insgesamt sind Brennstoffzellen eine faszinierende Technik mit großem Potenzial für die Strom- und Wärmeversorgung im Gebäude. Für die Praxis im Eigenheim sind vor allem PEM- und SOFC-Zellen bedeutsam, die in modernen Brennstoffzellenheizungen Strom und Wärme zugleich erzeugen.

Wer den Einbau einer Brennstoffzellenheizung erwägt, sollte den Wärme- und Strombedarf des Gebäudes sorgfältig ermitteln und die verfügbaren Förderungen prüfen. Da die Technik vergleichsweise teuer ist, lohnt sich ein Vergleich mit anderen Heizsystemen auf Basis erneuerbarer Energien wie der Wärmepumpe. Eine unabhängige Beratung hilft, die für Ihr Gebäude wirtschaftlichste Lösung zu finden.