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.
Das Wichtigste in Kürze
- Eine Brennstoffzellenheizung erzeugt gleichzeitig Wärme und Strom (Kraft-Wärme-Kopplung) – meist aus Erdgas, aus dem im Gerät Wasserstoff gewonnen wird.
- Durch die elektrochemische „kalte Verbrennung“ arbeitet sie sehr effizient und stößt weniger CO₂ aus als eine reine Gas- oder Ölheizung.
- Sie lohnt sich vor allem bei hohem, ganzjährig gleichzeitigem Strom- und Wärmebedarf – die Anschaffung ist teuer und das Marktangebot klein.
- Mit Erdgas betrieben gilt sie als fossile Heizung und ist meist weder über die aktuelle Förderung noch nach dem GModG die klimafreundlichste Wahl.
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Damit liegen Brennstoffzellen im Trend alternativer Energietechnik. Bundesprogramme fördern Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien vor allem in Forschung, Mobilität und Markthochlauf; eine eigene Kauf-Förderung für erdgasbetriebene Haus-Brennstoffzellen gibt es seit dem Ende von KfW 433 nicht mehr.
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.
Bei den meisten bisher angebotenen Hausgeräten kommt kein reiner Wasserstoff ins Haus: Das Gerät gewinnt ihn im Reformator aus Erdgas, Biomethan oder einem geeigneten Gasgemisch. Dieser Wasserstoff steht anschließend für die eigentliche Erzeugung von Wärme und Strom zur Verfügung.
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 erzeugt neben Wärme auch Strom und erreicht so einen hohen Gesamtwirkungsgrad von rund 90 Prozent; wie viel davon auf den Strom entfällt, hängt vom Zelltyp ab.
Das heißt, ein großer Teil der eingesetzten Energie wird als Wärme und Strom nutzbar. Der Vorteil gegenüber einer reinen Gas- oder Ölheizung entsteht vor allem durch den zusätzlich erzeugten Strom: Moderne Brennwertkessel wandeln den Brennstoff ebenfalls sehr weitgehend in Wärme um, liefern aber keinen Haushaltsstrom.
Die Brennstoffzellenheizung arbeitet zwar mit dem fossilen Brennstoff Gas, aufgrund der sehr guten Effizienz wird dabei aber viel weniger Kohlendioxid ausgestoßen.
Brennstoffzellenheizung im Vergleich zu Gas- und Ölheizung
Der wichtigste Unterschied: Die Brennstoffzelle erzeugt zusätzlich zur Wärme auch Strom. Dafür ist sie teurer und wird nur von wenigen Herstellern angeboten.
| Eigenschaft | Brennstoffzellenheizung | Gas-/Ölheizung |
|---|---|---|
| Erzeugt | Wärme und Strom | nur Wärme |
| Prinzip | elektrochemische „kalte Verbrennung“ | Verbrennung |
| Brennstoff | meist Erdgas (Träger für Wasserstoff) | Erdgas oder Heizöl |
| CO₂-Ausstoß | geringer (nutzt Brennstoff auch für Strom) | höher |
| Anschaffungskosten | sehr hoch | niedriger |
| Marktangebot | klein, wenige Geräte | groß |
| Wartung | regelmäßig, teils Spezialservice | regelmäßig (jährlich) |
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.
Erdgas-Betrieb: Was das für Förderung und Gesetz bedeutet
So effizient die Technik arbeitet – solange die Brennstoffzelle mit fossilem Erdgas läuft, gilt sie energierechtlich als fossile Heizung. Die frühere eigene Förderung über das KfW-Programm 433 ist Ende 2022 ausgelaufen; in der aktuellen Heizungsförderung sind Brennstoffzellen nur noch förderfähig, wenn sie mit grünem oder blauem Wasserstoff oder mit Biomethan betrieben werden. Wird sie neu in ein Bestandsgebäude eingebaut, greifen ab 2029 die steigenden Anteile klimafreundlicherer Brennstoffe nach dem GModG. Wer vor allem klimafreundlich und förderfähig heizen möchte, sollte deshalb auch Alternativen wie die Wärmepumpe prüfen.
Vor dem Kauf kritisch prüfen
- Kleiner Markt.Das Angebot an Haus-Brennstoffzellen ist stark geschrumpft; selbst bei bekannten Geräten wie Viessmanns Vitovalor sind Verfügbarkeit und Service zuletzt unsicher geworden. Prüfen Sie konkrete Modelle vor der Planung.
- Hohe Investition.Anschaffung und Installation liegen deutlich über denen einer klassischen Heizung. Das rechnet sich nur über viele Betriebsjahre.
- Nur bei hohem Eigenbedarf sinnvoll.Wirtschaftlich wird die Technik erst bei hohem, möglichst ganzjährig gleichzeitigem Strom- und Wärmebedarf und hohem Eigenverbrauch des erzeugten Stroms.
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