Brennstoffzelle

Die Brennstoffzellenheizung

Mit der Brennstoffzelle zukunftsfähig heizen

Die Brennstoffzelle als Heizung - effizient und zukunftssicher

Die Brennstoffzelle darf mit recht zu den derzeit innovativsten und spannendsten Techniken gezählt werden, welche die Heizungsbranche gerade zu bieten hat. Schließlich werden hier in Sachen Brennstoffverbrauch und CO2-Emissionen neue Maßstäbe gesetzt.

Vor noch nicht allzu langer Zeit war diese Technologie nur einem kleinen Kreise Eingeweihter vertraut. Das hat sich bis zum heutigen Tag aber zum Glück geändert, denn jetzt schickt sich diese Technologie an, den deutschen Markt zu erobern.Vom Prinzip her handelt es sich bei der Brennstoffzelle um die bislang effektivste Form der Kraft-Wärme-Kopplung, also der gleichzeitigen Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie, kurz: Strom und Wärme. Brennstoffzellen sind dazu in der Lage, Haushalte zuverlässig und zukunftssicher mit beidem zu versorgen. Die Technik an sich weiß durch den besonders niedrigen Energieverbrauch zu überzeugen, was durch den deutlich geringeren Ausstoß an Treibhausgasen auch den Ansprüchen hinsichtlich des Umwelt- und Klimaschutzes genüge tut. Nach zahlreichen Praxistests und ausgiebigen Feldversuchen kann künftig davon ausgegangen werden, dass sich Brennstoffzellen am Markt für Neu- und Bestandsbauten etablieren werden. 

Mit der Brennstoffzelle ist also eine gute Wahl getroffen, wenn effizientes und zukunftssicheres Heizen gefragt ist. Auf dem Markt sind bereits für jeden Bedarf entsprechende Geräte vorhanden: für Ein- und Mehrfamilienhäuser, als Beistellgeräte zur Ergänzung sowie Geräte für größere Abnehmer wie beispielsweise Gewerbebetriebe. Die Branche hat sich für die kommenden Jahre das Ziel gesetzt, die Akzeptanz der neuen Technologie vonseiten der Verbraucher zu verbessern. Dadurch sollen die derzeit noch vergleichsweise hohen Investitionskosten mittel- bis langfristig gesenkt werden. Mit einer Zuschussförderung aus dem "Anreizprogramm Energieeffizienz" ist auch die Bundesregierung bestrebt, die Brennstoffzelle zu einem Erfolg zu machen. 

 

Zukunft der Energiegewinnung: Wärme und Strom - ohne Verbrennung

In Brennstoffzellen findet keinerlei Verbrennung statt, da sie auf elektrochemischer Basis arbeiten und so Wärme und Strom gleichzeitig erzeugen. Diese innovative Technologie vereint Erfahrung und Fachwissen vieler namhafter Hersteller von Heizungstechnologien. Ziel der Mühen ist nicht weniger, als die Zukunft des Heizens neu zu definieren. Die Brennstoffzellentechnologie setzt neue Maßstäbe, was Verbrauch und CO2-Emissionen anbelangt. Dadurch wird sie für Verbraucher, die auf eine zukunftssichere und flexibel erweiterbare Systemlösung Wert legen, zu einer attraktiven Alternative. Hinzu kommt übrigens noch, dass Brennstoffzellen platzsparend, wartungsarm, flexibel und leicht zu installieren sind.

Die Vorteile der Brennstoffzelle

  • Brennstoffzellen haben sich bereits bestens bewährt. Ausgiebige Feldversuche wie beispielsweise das Projekt Callux haben gezeigt, dass die Geräte absolut zuverlässig und praxistauglich sind. Auch in anderen Ländern wurden Brennstoffzellen bereits erprobt und nun auf dem besten Wege, die Märkte zu erobern. Vor allem die Eigenstromproduktion wird für Endkunden immer attraktiver. Brennstoffzellen erzielen um bis zu 50 Prozent bessere Wirkungsgrade als die Stromproduktion in herkömmlichen Großkraftwerken.

 

Technik der Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle erzeugt Strom und Wärme in einem Gerät, weswegen sie zu den KWK-Anlagen gezählt wird. Für Wärmespitzenlasten, wie sie vor allem an besonders kalten Wintertagen vorkommen können, lassen sie sich zusätzlich mit einem Gas-Brennwertkesseln ausstatten. Dieser erzeugt Wärme sehr viel schneller, ohne dabei die Stromerzeugung zu beeinträchtigen. Der für den Brenner nötige Betriebsstrom wird wiederum in der Brennstoffzelle erzeugt.

Hoch- und Tieftemperatur-Brennstoffzellen

Diese beiden Bauarten unterscheiden sich in der Art der Elektrolyte sowie im verwendeten Brennstoff. Für normale Hauskraftwerke kommen Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC, kurz PEM) oder eine Festoxid-Brennstoffzelle SOFC ("Solid Oxide Fuel Cell") in Frage. 

Die Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle wurde bereits Anfang der 60er-Jahre bei General Electric in den USA entwickelt. Mit diesem Typ werden beispielsweise Autos oder Busse angetrieben oder auch Laptops mit Strom versorgt. Die Betriebstemperatur liegt zwischen 60 °C und 120 °C. PEMFCs sind nahezu endlos skalierbar.

Bei den SOFCs handelt es sich hingegen um Hochtemperatur-Brennstoffzellen. Die Elektroden bestehen aus Keramik und die Betriebstemperatur liegt zwischen 650 °C und 1.000 °C. Im Gegensatz zu den zuvor genannten PEMs benötigen sie keinen Reformer und können wegen der hohen Temperaturen Erdgas direkt zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umwandeln.

Die Brennstoffzelle einfach erklärt

Kosten einer Brennstoffzellenheizung

Ob Heizen und Stromerzeugung mittels Brennstoffzelle lohnenswert sind, hängt in erster Linie von Wärme-, Strom- und Wasserverbrauch ab. Anhand dieser Werte müssen Sie die benötigte Leistung der Brennstoffzellenheizung berechnen. Für die Auslegung ist eine jährliche Laufzeit erforderlich. So können Sie sicherstellen, dass eine entsprechende Anzahl an Betriebsstunden erreicht und damit ausreichende Stromerlöse erwirtschaftet werden. Ebenso wichtig sind der Grad der Sanierung, der Verlauf der Versorgungsleitungen sowie etwaige bauliche Anpassungen. Eine detaillierte Checkliste stellt der Bundesverband Verbraucherschutz zur Verfügung.

Im Hinblick auf die Anschaffungskosten ist eine Brennstoffzellenheizung zunächst teurer als konventionelle Heizgeräte, weswegen eine möglichst genaue Planung und den Einbau von Vorteil ist, auf fachmännische Beratung zurückzugreifen. Aktuell liegen die Anschaffungskosten zwischen 15.000 und 25.000 Euro - ja nach Leistung und Ausstattungsmerkmalen. Individuelle Baumaßnahmen und Installation sind in diesem Preis noch nicht berücksichtigt.

Weitere Vorteile der Brennstoffzelle

Die vergleichsweise hohe Anfangsinvestition macht sich im Laufe der Zeit bezahlt, denn die Energieverbrauchskosten sind in einem äußerst niedrigen Bereich angesiedelt, die den nächstgünstigeren Energieträger um satte 40 Prozent unterschreiten. Bei einem Einfamilienhaus liegen die Investitionskosten in Summe zwischen 20.000 und 30.000 Euro - inklusive Montage und Einstellung.

Im Zuge der Kalkulation sollten neben den erwarteten Verbrauchswerten von Wärme und Strom sowie möglicher Rückvergütungen noch weitere Faktoren berücksichtigt werden. Denn die Brennstoffzellenanlage bedarf nur sehr geringfügiger bzw. seltener Wartungsarbeiten, ist darüber hinaus äußerst langlebig und arbeitet nahezu geräuschlos. Der Platzbedarf entspricht etwa dem eines herkömmlichen Gas- oder Ölkessels. Ein Lagerraum für Brennstoff ist nicht notwendig. Als Abgasanlage kann jeder brennwerttaugliche Schornstein verwendet werden.

Brennstoffzellenheizungen im Überblick

BUDERUS Logapower FC10

In der Buderus Energiezentrale Logapower FC10 sind Brennstoffzelle, Gas-Brennwertgerät und Puffer-/Schichtladespeicher vereint. Diese Kombination ermöglicht eine hocheffiziente Energieproduktion in Ein- und Zweifamilienhäusern.


HELIX Galileo

Das mit Erdgas betriebene Helix Galileo Brennstoffzellen-System ist ein auf den Bedarf von Ein- und Mehrfamilienhäusern ausgelegtes Brennstoffzellen-Heizgerät und erzielt eine Leistung von 1.000 Watt.


SOLIDpower BlueGen

Beim BlueGen handelt es sich um ein mit Erdgas betriebenes Mikrokraftwerk auf Brennstoffzellenbasis. Durch seine hohe Effizienz lassen sich damit sowohl Wohngebäude als auch kleine Unternehmen mit Strom und Wärme versorgen. Hier gehts zur blueGEN Produktseite


Vaillant Brennstoffzellen-Heizgerät

Beim Vaillant Brennstoffzellen-Heizgerät handelt es sich um ein bodenstehendes Kompaktgerät. Neben dem Brennstoffzellenmodul soll auch eine Brennwert-Einheit in dem Gerät integriert sein. Für die Markteinführung wird derzeit das Jahr 2017 avisiert.

 

 


VIESSMANN Vitovalor Brennstoffzelle

Das Vitovalor 300-P Brennstoffzellenheizgerät ist das Ergebnis einer gelungenen Kooperation zwischen den Herstellern Viessmann und Panasonic. Allein im japanischen Markt sind mittlerweile rund 52.000 dieser PEM-Brennstoffzellen-Heizgeräte im Einsatz. Mit dieser Erfahrung kann das Vitovalor 300-P Brennstoffzellenheizgerät als das ausgereifteste Gerät auf dem deutschen Markt bezeichnet werden. Ausführlichere Informationen zur Viessmann Brennstoffzelle finden sich hier: Viessmann Vitovalor 300-P


Förderung von Brennstoffzellenheizungen

Für kaum eine andere Heizungsart existiert derzeit ein so umfangreiches Förderungs- und Rückvergütungsangebot wie für Mini-KWK-Anlagen. Es gibt sowohl Zuschüsse als auch stark vergünstigte Kreditangebote, die durch die KfW oder das BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) bereitgestellt werden. Darüber hinaus bietet auch noch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) Förderprogramme für Gewerbebetriebe und Körperschaften an. Als eine solche Körperschaft können beispielsweise Nachbarn einer Siedlung gelten, die mehrere Einzelanlagen zu einem virtuellen Kraftwerk zusammenschließen. Darüber hinaus legen fast alle Bundesländer immer wieder neue Förderprogramme auf, weswegen es nicht unrealistisch ist, mit einer durchschnittlichen Förderhöhe von 50 Prozent auf die Investitionskosten zu rechnen. 

Aktuelle (Stand Oktober 2016) kann mit einer Förderung in Höhe von bis zu 9.300 Euro gerechnet werden!

Hier finden Sie alle Infos zur Brennstoffzellen-Heizung Förderung 

Die technischen Voraussetzungen für eine Brennstoffzellenheizung

Mit einer Brennstoffzellenheizung holen sich Hausbesitzer nicht nur einen zuverlässigen Wärme-, sondern auch einen ebensolchen Stromerzeuger ins Haus. Vorab gilt es jedoch, ein paar wichtige Voraussetzungen zu erfüllen, damit die Technik auch reibungslos funktionieren kann. Welche das sind, soll im Folgenden geklärt werd

Energieversorgung über eine Brennstoffzellenheizung

Bei der Brennstoffzelle handelt es sich um eine besonders innovative und moderne Form der Heiztechnik, die nicht nur Wärme zu erzeugen imstande ist, sondern obendrein auch noch Strom. Die Technologie basiert auf einer chemischen Reaktion, bei der Sauerstoff aus der Luft mit einem wasserstoffreichen Gas reagiert. Ähnlich wie bei der Knallgasreaktion, die noch aus Schulzeiten bekannt sein dürfte, entsteht dabei Wasser und Wärme, die sich dann für Heizung und Warmwasserbereitung nutzen lässt. Der spezielle Aufbau einer Brennstoffzelle ermöglicht zudem noch die gleichzeitige Produktion von Strom, mit dem sich der Bedarf eines Haushaltes decken lässt und der folglich für erhebliche Einsparungen sorgen kann. Genaueres zur Funktionsweise der Brennstoffzelle kann dem entsprechenden Beitrag entnommen werden.

Voraussetzungen für den Betrieb einer Brennstoffzellen-Heizung

Damit ein sicherer und zuverlässiger Betrieb gewährleistet werden kann, bedarf es der Erfüllung einiger Voraussetzungen:

- Ein Erdgasanschluss muss vorhanden sein.
- Es muss eine zentrale Heizungsanlage vorhanden oder zumindest in Planung sein.
- In dieses Heizsystem muss ein Wärmespeicher integriert sein.
- Es muss noch eine Zusatzheizung vorhanden sein.

Erdgasanschluss als Voraussetzung für eine Brennstoffzellenheizung

Zwar basiert die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle auf Wasserstoff, dennoch ist der Anschluss an das öffentliche Gasnetz eine wichtige Voraussetzung für deren Betrieb. Das Gas, welches überwiegend aus Methan besteht, dient als Ausgangsstoff bei der Erzeugung eines wasserstoffreichen Gemischs im Dampf-Reformer der Brennstoffzelle. Wie genau dieser Prozess im Detail abläuft, erklären wir im Beitrag über die Herstellung von Wasserstoff.

Zentrale Heizungsanlage als Voraussetzung für eine Brennstoffzellenheizung

Wenn ein Gasanschluss bereits vorhanden ist, ist das Vorhandensein einer Heizungsanlage die nächste Voraussetzung für den Betrieb einer Brennstoffzellenheizung. Das ist deswegen so wichtig, weil die Brennstoffzelle nur dann arbeitet, wenn die gelieferte Wärme auch verbraucht wird. Überschüssiger Strom kann hingegen einfach in das öffentliche Netz eingespeist werden, die wärme muss hingegen vor Ort ab genommen werden.Neben den Heizkörpern kann auch die Warmwasserbereitung oder eine Flächenheizung (z. B. Fußbodenheizung) zu den Abnehmern zählen.

Brennstoffzellenheizung: Voraussetzung Wärmespeicher

Auch die Kombination mit einem Wärmespeicher zählt neben der Integration in ein bestehendes Heizsystem zu den Voraussetzungen für eine Brennstoffzellenheizung. Typisches Beispiel hierfür ist der Pufferspeicher, bei dem es sich um einen mit Heizungswasser befüllten Behälter handelt. Dieser ist dazu in der Lage, überschüssige Wärme aus dem Heizsystem aufzunehmen und sie so lange vorzuhalten, bis sie benötigt wird. Auf diesem Wege lässt sich der schwankende Wärmebedarf des Haushalts ausgleichen und ermöglicht darüber hinaus eine lange und gleichmäßige Laufzeit der Brennstoffzellenheizung. Diese wiederum ist eine wichtige Voraussetzung für einen ausreichend hohen Stromertrag, aus dem finanzielle Einsparungen und folglich ein wirtschaftlicher Betrieb resultieren.

Voraussetzung Zusatzheizung

Eine Strom erzeugende Heizung arbeitet nur dann, wenn sowohl Wärme als auch Strom gleichzeitig abgenommen werden. Damit sich hohe Laufzeiten realisieren lassen, wird eine Brennstoffzellenheizung in der Regel auf Basis der berechneten Grundlast ausgelegt. Diese Grundlast ist über das Jahr betrachtet meist gleich hoch und wichtig für einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage. Es ist aber auch der Fall denkbar, dass es an besonders kalten Tagen im Winter einer zusätzlichen Wärmequelle bedarf, um dem entsprechend gestiegenen Wärmebedarf gerecht zu werden. Hierfür kommt eine Zusatz- bzw. Spitzenlastheizung zum Einsatz. Umsetzen ließe sich diese über die Installation eines Brennwertkessels, der von den meisten Herstellern direkt in das Brennstoffzellenheizgerät integriert wird. Dabei ist noch zu beachten, dass sich eine thermische Solaranlage nicht als Zusatzheizung eignet, da diese die Laufzeit der Brennstoffzelle reduziert.