Brennstoffzellenheizungen laufen mit dem fossilen Energieträger Gas. Trotzdem gelten sie als klimaschonend, da sie den Energieverbrauch deutlich senken. Da die Brennstoffzellen-Technologie in Deutschland staatlich gefördert wird, haben diese Heizsysteme in den letzten Jahren deutlich an Beliebtheit gewonnen. Der Artikel verrät, wie Brennstoffzellenheizungen funktionieren, für wen sie sich lohnen und welche staatlichen Förderungen möglich sind.
Brennstoffzellenheizungen erzeugen mithilfe von Gas, Wasserstoff und Sauerstoff sowohl Wärme als auch Elektrizität. Zwar sind die Anschaffungskosten für die Brennstoffzellenheizung recht hoch, trotzdem wird das Heizsystem aufgrund seines Potenzials zu Energieeinsparungen in vielen Fällen als wirtschaftlich sinnvoll beurteilt. So kann der Energieverbrauch eines Haushalts durch den Betrieb einer Brennstoffzellenheizung mit Wasserstoff um 40 bis 50 Prozent gesenkt werden.[1]
In der Wasserstoff-Brennstoffzelle entstehen Energie und Wärme durch eine chemische Reaktion. Dabei dient das Gas nicht als Brennstoff, sondern es liefert die Wasserstoffmoleküle. Wenn diese auf Sauerstoff treffen, reagieren beide in einer sogenannten kalten Verbrennung. Dabei entstehen Strom und Wärme sowie das Nebenprodukt Wasser. Eine Brennstoffzellenheizung, die mit einer Direktmethanol-Brennstoffzelle betrieben würde, gibt es noch nicht.[2]
Eine Brennstoffzellenheizung ist im Grunde eine Wasserstoffheizung. Sie nutzt Erdgas als Energiequelle und stellt daraus Strom, Wärme und Wasser her. Dafür wird das Gas zunächst mit Wasserdampf in einem sogenannten Reformer vermischt. Bei diesem Prozess entstehen Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Indem man den Wasserstoff in die Brennstoffzelle leitet, reagiert er mit dem dort vorhandenen Sauerstoff aus der Luft. Es kommt zu einer "Knallgasreaktion", die Energie in Form von Wärme freisetzt.
Die produzierte Wärme wird in einen Pufferspeicher geleitet. Ein solcher Speicher ist nötig, um die Effizienz der Heizung zu erhöhen. Denn da diese Heizungsart fast immer in Betrieb ist, erzeugt sie oft Wärme, die zunächst gar nicht gebraucht wird. Attraktiv ist deshalb eine Brennstoffzellenheizung mit Wasserstoffspeicher.
Bei der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff wird neben Wärme auch Strom gewonnen. Das liegt daran, dass die Brennstoffzelle in zwei Kammern aufgeteilt ist. Man spricht von der Anode und der Kathode. Die sie trennende, hauchdünne Folie beziehungsweise Membran ist ausschließlich für Protonen durchlässig. Aus diesem Grund teilt sich der Wasserstoff in Elektronen und Protonen, von denen nur letztere die Membran durchqueren. Die Elektronen dagegen wandern in die Kathode, wobei elektrische Arbeit und Gleichstrom entstehen.
Der gewonnene Gleichstrom wird in einem Inverter zu Wechselstrom umgewandelt. In dieser Form kann man ihn im Haushalt nutzen oder ihn ins öffentliche Stromnetz einspeisen.[1]
Wie alle Heizsysteme bringt die Brennstoffzellenheizung Anwendern sowohl Vor- als auch Nachteile. Diese sollten im Einzelfall genau gegeneinander abgewogen werden.
Die Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen[1]:
Natürlich ist auch diese Heizform mit verschiedenen Nachteilen verbunden[1]:
Die Kosten für eine Brennstoffzellenheizung liegen bei durchschnittlich 40.000 Euro inklusive Einbau und Zubehör. Zu beachten ist, dass zusätzlich 2.000 bis 4.000 Euro fällig werden, wenn erst noch ein Gasanschluss eingebaut werden muss.
Pro Jahr verbraucht das Heizsystem mindestens 10.000 bis 12.000 Kilowattstunden Erdgas. Diese benötigt sie, um rund 5.000 Kilowattstunden Wärme zu erzeugen. Hinzu kommt der restliche Energiebedarf, den die normale Gastherme abdecken muss. Im Neubau kann man hier mit zusätzlichen 4.000 Kilowattstunden, im Altbau mit bis zu 20.000 Kilowattstunden rechnen.
Die Wartungsarbeiten an Brennstoffzellenheizungen beschränken sich auf ein Minimum. So bestimmen sich die laufenden Kosten für das Heizsystem in erster Linie über die Wartungskosten für die Erdgas-Anlage. Ein Wartungsvertrag ist im Zuge der KfW-Förderung trotzdem verpflichtend und kostet etwa 500 bis 800 Euro jährlich. Wer sich stattdessen für eine Förderung über den KWK-Zuschlag (Kraft-Wärme-Kopplung) nach KWK-Gesetz entscheidet, kann den selbst produzierten Strom an der Leipziger Strombörse verkaufen. In diesem Fall nehmen die Menge des eingespeisten Stroms und der aktuelle Strompreis großen Einfluss auf die laufenden Kosten.[3]
Eine Brennstoffzellenheizung ist wie alle Heizsysteme nur unter bestimmten Voraussetzungen wirtschaftlich sinnvoll. Dazu gehören der energetische Zustand des Hauses, der Strombedarf sowie der Wasser- und Wärmebedarf.
Ebenfalls relevant sind das Vorhandensein eines Gasanschlusses und eines Zentral-Heizungsanschlusses. Schließlich erhöht eine erforderliche Neuverlegung die Kosten für das gesamte Projekt. Eine zentrale Anlage wird benötigt, damit die produzierte Wärme zentral im gesamten Haus verbreitet werden kann.
Es ist auch möglich, eine Brennstoffzellenheizung ohne Gas zu betreiben. In diesem Fall würde die Anlage ausschließlich mit Wasserstoff betrieben. Dies birgt jedoch Nachteile in Spitzenlastzeiten wie an extrem kalten Tagen. Eine solche Anlage wird umso unwirtschaftlicher, je größer und leistungsstärker sie ist.
Zwar erzeugt eine Brennstoffzellenheizung Strom und Wärme ungefähr in gleichen Mengen. Strom produziert sie aber nur dann, wenn die Wärme dem Heizen oder der Warmwasseraufbereitung dient. Zudem erzeugt das Heizsystem fast ständig Energie. Daher sind Experten der Meinung, dass sich eine Brennstoffzellenheizung ab einem Gesamtwärmebedarf von 10.000 Kilowattstunden pro Jahr lohnt. Das heißt, der Strombedarf darf nicht zu niedrig sein. Für Haushalte mit niedrigerem Energieverbrauch lohnt sich die Brennstoffzellenheizung also nicht.[1]
Der Brennstoffzellenheizung Gasverbrauch hängt stark vom Hersteller und Modell, von der Effizienz des Geräts und der Qualität des genutzten Erdgases ab. Rechnet man all diese Faktoren mit ein, erzeugt eine Brennstoffzellenheizung aus einer Kilowattstunde Erdgas etwa 0,4 Kilowattstunden Strom sowie 0,5 Kilowattstunden Wärme.
Normalerweise kommt eine Brennstoffzellenheizung auf 5.000 bis 6.000 Betriebsstunden im Jahr. Damit erzeugt die Heizung etwa 5.000 bis 6.000 Kilowattstunden Wärme und 3.750 bis 4.500 Kilowattstunden Strom. Der Gasverbrauch pro Jahr liegt bei 10.000 bis 12.000 Kilowattstunden.[3]
Zwar sind die Anschaffungskosten für die Brennstoffzellenheizung seit dem Jahr 2007 um mehr als 70 Prozent gesunken, trotzdem sind die Brennstoffzellenheizung-Kosten mit 25.000 bis 40.000 Euro sehr viel höher als die für konventionelle Energiesysteme.
Trotzdem können sich Anschaffung und Betrieb lohnen. Ausschlaggebend sind hier zum einen die finanziellen Förderungen des Staats durch das KfW-Förderprogramm, mit denen man sich bis zu 40 Prozent der förderfähigen Kosten erstatten lassen kann. Zum anderen reduziert die Brennstoffzellenheizung die Energiekosten um 30 bis 40 Prozent. Interessant für Menschen, denen die Umwelt am Herzen liegt, ist, dass zudem der CO2-Ausstoß um mehr als 30 Prozent zurückgeht.[1]
Als relatives neues Heizsystem geht die Brennstoffzellenheizung mit zahlreichen Vorteilen einher und gewinnt zunehmend an Beliebtheit. Kein Wunder, denn die Anwender sparen mit der Brennstoffzellenheizung Strom, Gas und sogar CO2. Leider hat die Brennstoffzellenheizung einen sehr hohen Anschaffungspreis, der allerdings durch KfW-Zuschüsse um bis zu 40 Prozent gesenkt werden kann. Wichtig zu wissen ist, dass der Betrieb einer Brennstoffzellenheizung sich erst ab einem bestimmten Strom- und Wärmeverbrauch lohnt.
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