Brennstoffzellenheizung: Chance hin zu nachhaltiger Energieerzeugung?
Brennstoffzellenheizungen erzeugen Strom und Wärme über eine sogenannte kalte Verbrennung. In einem elektrochemischen Prozess wird Wasserstoff besonders effizient und umweltschonend in Energie umgewandelt.
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Damit liegen Brennstoffzellenheizungen im Trend alternativer Energiequellen. Auch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert in einem nationalen Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien.
Lesen Sie hier, was die Brennstoffzellenheizung ausmacht, und warum sie als Chance im Hinblick auf erneuerbare Energiequellen und die Entwicklung hin zu nachhaltiger Energieerzeugung gesehen wird.
Elektrische Energie aus chemischem Prozess
Brennstoffzellenheizungen arbeiten im Gegensatz zu herkömmlichen Gas- und Ölheizungen mit einer kalten Verbrennung. Dabei wird kein Brennstoff verbrannt, sondern es läuft ein elektrochemischer Prozess ab. Genutzt wird dafür die Kraft-Wärme-Kopplungs-Technologie, verarbeitet wird von der Brennstoffzelle Wasserstoff. So gewinnt die Brennstoffzellenheizung aus der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff Strom und Wärme.
Wasserstoff ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde. Meistens kommt es in chemischen Verbindungen wie Wasser, Säuren oder Hydroxiden sowie in organischen Verbindungen wie in Eiweißen, Fetten, Erdöl und Erdgas vor. Wasserstoff muss also erst einmal daraus gelöst und so gewonnen werden.
Für das Betreiben einer Brennstoffzellenheizung kommt also kein reiner Wasserstoff ins Haus, sondern Erdgas. Im sogenannten Reformator entzieht ein Katalysator den Wasserstoff. Dieser steht nun für die eigentliche Erzeugung von Wärme und Strom zur Verfügung.
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Geschichte der Brennstoffzellen-Technologie
So neu ist die Brennstoffzellen-Technologie gar nicht, auch wenn sie aktuell als Energiequelle der Zukunft gehandelt wird und serienreife Brennstoffzellenheizungen noch nicht lange auf dem Markt erhältlich sind.
Die Grundlagen für die Brennstoffzelle legte der italienische Arzt und Physiker Luigi Galvani mit seiner Theorie der Umwandlung von chemischer in elektrische Energie im Jahr 1780. Ein paar Jahre später ließ der französische Forscher Alecandre Cesar Charles den ersten Ballon mit Wasserstofffüllung in den Himmel steigen.
Dem deutschen Chemiker Johann Wilhelm Ritter gelang dann 1800 die Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse in einem U-Rohr. Im Grunde geschieht dies heute noch auf die gleiche Weise wie damals.
Erste Prototypen einer Brennstoffzelle entwickelte der deutsche Wissenschaftler Christian Friedrich Schönbein 1838. Wichtige Entwicklungsschritte hin zu einer Brennstoffzellenheizung gelangen Ende des 19. Jahrhunderts. So meldete der Forscher Wiliam W. Jacques ein Patent auf eine Kohlenstoff-Brennstoffzelle für den Einsatz im Haushalt an. Zudem gelang dem britischen Chemiker und Physiker James Dewar die erste Verflüssigung von Wasserstoff. Damit wurde Wasserstoff transportabel und für eine breite Nutzung einsetzbar.
Im 20. Jahrhundert wurde die Brennstoffzellen-Technik immer weiterentwickelt und fand unter anderem in der Raumfahrt ihre Anwendung. Die Weiterentwicklung wird aktuell aufgrund der Klimasituation und der Dringlichkeit einer nachhaltigen Energieversorgung vorangetrieben. Auch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unterstützt im Regierungsprogramm im „Nationalen Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP2)“ Aktivitäten in diesem Bereich.
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Vorzüge einer Brennstoffzellenheizung
In der Zwischenzeit sind Brennstoffzellenheizungen auf dem Markt, die speziell für Ein- und Zweifamilienhäuser ausgelegt sind und ebenso wirtschaftlich wie effizient arbeiten. Der Wirkungsgrad ist auch das hervorstechende Merkmal der Brennstoffzellenheizung. Sie produziert Wärme und Strom zu fast gleichen Teilen und erreicht damit einen hohen Wirkungsgrad von rund 90 Prozent.
Das heißt, fast die gesamte eingesetzte Energie wird in Wärme und Strom umgewandelt. Somit arbeitet die Brennstoffzellenheizung wesentlich effizienter als herkömmliche Gas- und Ölheizungen, die ausschließlich Wärme erzeugen und den Rest der Energie ungenutzt aus dem Schornstein blasen.
Die Brennstoffzellenheizung arbeitet zwar mit dem fossilen Brennstoff Gas, aufgrund der sehr guten Effizienz wird dabei aber viel weniger Kohlendioxid ausgestoßen.
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Voraussetzungen für einen effizienten Betrieb
Wer sich für den Kauf einer Brennstoffzellenheizung interessiert, ist gut beraten, wenn er die Grundbedingungen im Auge hat, die für dieses System benötigt werden. Damit die Technik effizient eingesetzt werden kann, sollte ein Gasanschluss vorhanden sein. Denn die Brennstoffzellenheizung arbeitet mit Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wird.
Zudem sollte eine zentrale Heizungsanlage vorhanden oder geplant sein. Für die reibungslose Funktionalität einer Brennstoffzellenheizung ist es notwendig, dass die erzeugte Wärme und der entstehende Strom abgenommen werden. Die elektrische Energie kann bei Bedarf auch ins öffentliche Netz eingespeist werden, die Wärme allerdings muss im Haus abgenommen werden. Sie wird entweder zur Warmwasserbereitung verwendet oder über die zentrale Anlage im Haus an die Heizflächen verteilt.
Ein Wärmespeicher und ein Spitzenlastkessel garantieren eine reibungslose Laufzeit der Heizung. Die Leistung der Brennstoffzelle ist auf einen Grundlast-Wärmebedarf ausgerichtet. Wird in den kalten Monaten mehr Wärme benötigt, schaltet sich der Spitzenlastkessel hinzu. Diese Zusatzheizung ist in vielen Modellen bereits vom Hersteller als Brennwertmodul integriert.
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