Brennstoffzellenheizung für Strom und Wärme

Die Brennstoffzellenheizung versorgt moderne Einfamilienhäuser mit Strom und Wärme. Sie sorgt für hohe Einsparungen und entlastet zusätzlich auch die Umwelt. Was die moderne Heiztechnik auszeichnet, wie sie funktioniert und wieso sie sich trotz hoher Kosten in vielen Fällen lohnt, erklären wir in den folgenden Abschnitten.

Brennstoffzellenheizung liefert Strom und Wärme

Die Brennstoffzellenheizung erzeugt gleichzeitig thermische und elektrische Energie. Während die thermische (die Wärme) für Heizung und Warmwasserbereitung verwendet wird, kann die elektrische Energie (der Strom) den Bedarf im eigenen Haus decken oder in das öffentliche Netz eingespeist werden. Neben der sinkenden Abhängigkeit von großen Energieversorgern führt das zu geringeren Energiekosten und einer Entlastung der Umwelt. Denn im Gegensatz zur herkömmlichen Wärme- und Stromerzeugung kommt die Brennstoffzellenheizung mit niedrigeren CO2-Emissionen aus.

Hoher Wirkungsgrad durch chemische Reaktion

Als stromerzeugende Heizung gehört die Brennstoffzelle zur gleichen Kategorie wie das Blockheizkraftwerk oder das Stirling-Heizgerät. Im Gegensatz zu diesen kommt sie jedoch ohne eine Verbrennung im herkömmlichen Sinne aus. Möglich wird das durch eine chemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff: die sogenannte kalte Verbrennung. Diese ähnelt der Knallgasreaktion, die man vielleicht noch aus der Schule kennt. Da sie in der Brennstoffzelle jedoch langsam und kontrolliert abläuft, kommt es zu keinem Zeitpunkt zu einer Explosion.

Die kalte Verbrennung erzeugt Strom und Wärme

Eine Brennstoffzelle besteht einfach beschrieben aus zwei unterschiedlich geladenen Elektroden, die von einer halb durchlässigen Membran voneinander getrennt sind. Gelangt nun ein wasserstoffreiches Gas auf die erste Elektrode, sorgt ein darauf aufgebrachter Katalysator dafür, dass sich der Wasserstoff in Elektronen und Protonen trennt.

Die Elektronen wandern daraufhin über einen elektrischen Leiter zur zweiten Elektrode, und es entsteht Strom. Gleichzeitig schlüpfen die Protonen durch die nur für sie durchlässige Membran und verbinden sich auf der anderen Seite mit den Elektronen und Sauerstoff aus der Luft zu Wasser. Bei dem Prozess entsteht neben Strom auch Wärme, die in das Heizsystem eingespeist werden kann.

Elektrischer Wirkungsgrad sorgt für viel Strom

Im Vergleich zu anderen stromerzeugenden Heizungen erreicht die Brennstoffzellenheizung einen besonders hohen elektrischen Wirkungsgrad. Das hat zur Folge, dass die Geräte bei gleicher Laufzeit mehr Strom erzeugen und auch höhere Einsparungen ermöglichen. Anders als ein Blockheizkraftwerk lohnt sich die Brennstoffzellenheizung aus diesem Grund auch in Gebäuden mit geringerem Wärmebedarf, wie zum Beispiel energieeffizienten Neubauten.

Woher kommt der Wasserstoff?

Der Wasserstoff für die kalte Verbrennung wird heute meist aus Erdgas gewonnen. Dieses besteht zu einem Großteil aus Methan, das in einem sogenannten Reformer mit heißem Wasserdampf versetzt wird. Auf diese Weise kann der Wasserstoff herausgelöst und für die Reaktion aufbereitet werden.

Eine zweite Möglichkeit der Herstellung von Wasserstoff für die Brennstoffzellenheizung ist ein sogenannter Elektrolyseur. Dieser nutzt überschüssigen Strom aus Wind- oder Solaranlagen zur Spaltung von Wasser, wobei Wasserstoff und Sauerstoff entstehen.

Voraussetzung für die Brennstoffzellenheizung

Damit eine Brennstoffzellenheizung wirtschaftlich und effizient eingesetzt werden kann, sind in der Praxis einige Voraussetzungen zu erfüllen.

Anschluss an die öffentliche Gasversorgung muss vorhanden sein

Ein Großteil der heute verfügbaren Brennstoffzellenheizungen nutzen die Dampfreformation zur Erzeugung von Wasserstoff. Diese funktioniert zum Beispiel mit Erdgas. Der Betrieb der stromerzeugenden Heizgeräte setzt damit also den Anschluss an die öffentliche Gasversorgung voraus.

Einbindung in das Gebäude muss optimal sein

Eine Brennstoffzellenheizung kann nur dann Strom erzeugen, wenn gleichzeitig auch die entstehende Wärme einen Abnehmer findet. Besteht kein Wärmebedarf im Haus, steht das Gerät still. Experten sprechen vom wärmegeführten Betrieb.

Damit das Heizgerät viel Strom erzeugt und die Einsparungen durch vermiedene Stromkosten besonders hoch sind, ist ein ganzjährig vorhandener Mindestwärmebedarf vorausgesetzt. Dieser besteht zum Beispiel mit der Warmwasserbereitung. Die Brennstoffzellenheizung wird dazu mit einer kleinen Leistung ausgelegt und erwärmt den Warmwassertagesbedarf allmählich. Eingelagert in einem Speicher kann das Wasser dann bei Bedarf entzogen werden.

Planung durch einen Experten ist unerlässlich

Wirtschaftlich arbeitet eine Brennstoffzelle immer dann, wenn die hohen Anschaffungskosten durch die Einsparungen im Betrieb ausgeglichen werden. Ob und wann das so weit ist, hängt sehr stark von der Planung der Heizung ab. Diese muss unbedingt sorgfältig und von einem speziell geschulten Experten durchgeführt werden.

Kompakte Bauweise für einfache Montage

Die Brennstoffzellenheizung selbst hat oft nur eine geringe Heizleistung. Diese deckt den Grund-Wärmebedarf im Haus und sorgt für hohe Laufzeiten und einen hohen Stromertrag. Um darüber hinaus aber auch Spitzenlasten wie den Heizwärmebedarf im Winter abdecken zu können, werden die Geräte mit einer Zusatz-Gasheizung ausgestattet. Diese wird oft in das Gehäuse der Brennstoffzellenheizung integriert, wodurch ein kompaktes Heizgerät entsteht.

Die Bauweise sorgt dabei nicht nur für ausreichend Platz im Heizungskeller, sondern auch für eine einfache Montage, die sich kaum von der einer herkömmlichen Gasheizung unterscheidet.

Hohe Fördermittel gleichen hohe Kosten aus

Die Brennstoffzellenheizung ist in ihrer heutigen Form erst seit 2011/2012 am freien Markt verfügbar und dadurch noch recht teuer. Da die Technik dennoch als besonders umweltfreundlich und zukunftsweisend gehandelt wird, unterstützt der Staat die Installation in neuen und alten Gebäuden mit hohen Zuschüssen. Über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) und das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) bekommen Haus- und Wohnungsbesitzer dabei mehr als 40 Prozent ihrer Investitionen zurück.

Doppelter Zuschuss von der KfW

Über das Programm 433 „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle“ zahlt die KfW bereits 40 Prozent der Investitionskosten für eine Brennstoffzelle in einem neuen oder alten Gebäude. Der Zuschuss besteht neben einer Basisförderung von 5.700 Euro aus einem zusätzlichen Bonus von 450 Euro je 100 Watt elektrischer Leistung. Für eine Brennstoffzellenheizung mit einer elektrischen Leistung von einem Kilowatt erhalten Bauherren oder Hausbesitzer dabei also bereits 10.200 Euro.

Voraussetzung ist, dass die Förderung vor dem Einbau zusammen mit einem Energieberater beantragt wird. Dieser prüft, ob alle technischen Voraussetzungen eingehalten werden und stellt sicher, dass die Heizung später auch wirtschaftlich arbeitet.

BAFA-Vorauszahlung für zusätzliche Mittel

Über die hohe KfW-Förderung hinaus bekommen die Betreiber einer stromerzeugenden Heizung außerdem einen Zuschlag für jede Kilowattstunde Strom, die in den ersten 60.000 Betriebsstunden erzeugt wird. Während der Staat dabei 8 Cent für den ins öffentliche Netz eingespeisten Strom zahlt, gibt es 4 Cent für jede selbst verbrauchte Kilowattstunde.

Eine günstige Alternative zu den Kleinbeträgen ist dagegen die pauschale Einmalzahlung. Diese ist bei Geräten mit einer elektrischen Leistung von maximal 2 Kilowatt möglich und wird mit 4 Cent je Kilowattstunde berechnet. Für eine Brennstoffzellenheizung mit einer elektrischen Leistung von einem Kilowatt gibt es dabei noch einmal 2.400 Euro.

Voraussetzung für die Mittel, die direkt beim BAFA zu beantragen sind, ist die Förderfähigkeit der Brennstoffzelle. Diese besteht, wenn das Gerät in der Zusammenstellung aller förderbaren Mini-KWK-Geräte des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) aufgeführt ist.

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Alexander Rosenkranz

Alexander Rosenkranz (28 J.) ist Gründer von energie-wortwende.de und war als Co-Gründer an der Entwicklung der Sanierungsplattform eccuro beteiligt. Verständliche Informationen und eine motivierende Kommunikation sind für ihn der Schlüssel für den nachhaltigen Erfolg der Energiewende.
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