Brennstoffzellenheizung: Funktion, Anwendung & Kosten

Brennstoffzellenheizung: Aktuelles zum GEG 2024

Mit der Novelle im sogenannten "Heizungsgesetz" (gemäß GEG), sollen neue Heizungen nun mindestens 65 Prozent erneuerbare Energien nutzen. Diese Vorgaben gelten für Neubauten seit Januar 2024, während Bestandsgebiete schrittweise bis spätestens Juni 2028 folgen müssen. Die 65-Prozent-Regel gilt auch für Brennstoffzellenheizungen.

Darüber hinaus werden Brennstoffzellenheizungen, die mit Erdgas betrieben werden, nicht mehr gefördert. Stattdessen richtet sich die staatliche Förderung nur noch an Brennstoffzellenheizungen, die mit grünem oder blauen Wasserstoff oder Biomethan betrieben werden.

Was ist eine Brennstoffzellenheizung?

Eine Brennstoffzellenheizung, die hin und wieder unter der Abkürzung BZH auftaucht, nutzt das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung, um Energie zu erzeugen. Im Inneren der Zelle vollzieht sich ein elektrochemischer Prozess, der „kalte Verbrennung“ genannt wird. Bei der kalten Verbrennung reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft. Dabei wird Energie in Form von Strom und Wärme freigesetzt. Die Brennstoffzellen in Heizsystemen nutzen Erdgas, um daraus Wasserstoff zu gewinnen.

Damit aus Wasserstoff Energie durch kalte Verbrennung freigesetzt wird, werden Wasserstoffmoleküle durch die Brennstoffzelle geleitet. Dort befinden sich zwei Elektroden. Eine ist negativ geladen (Kathode), die andere ist positiv geladen (Anode). Beide Elektroden sind von einer durchlässigen Membran voneinander getrennt. Sobald die Wasserstoffmoleküle auf die Anode treffen, spalten sie sich in negative Elektronen und positiv geladene Wasserstoffionen auf.

Während die negativen Elektronen zur Anode wandern, fließt Strom. Die positiv geladenen Ionen zieht es durch die Membran zur Kathode. Dort verschmelzen sie mit dem Luftsauerstoff und es entsteht Wasser. Während dieses Vorgangs entsteht Wärme. Diese wird in einer Brennstoffzellenheizung über das Trägermedium Wasser und einen Wärmetauscher für Warmwasser oder zum Heizen verwendet. Zum Einsatz kommt dabei ein Pufferspeicher, der die Wärmeenergie speichert.

So funktionieren Brennstoffzellenheizungen

Um die Brennstoffzelle zu aktivieren, muss Erdgas zunächst mit Wasserdampf im sogenannten „Reformer“ gemischt werden. Dabei entstehen Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Dieses Gasgemisch wird nun in die Brennstoffzelle geleitet. Dort findet dann die kalte Verbrennung statt.

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff in Wärme und Strom um. Dabei erzielen Brennstoffzellenheizungen Wirkungsgrade von bis zu 100 Prozent. Das bedeutet, dass der eingespeiste Wasserstoff nahezu vollständig in Energie umgewandelt wird. Damit liegen sie aber noch weiter hinter modernen Wärmepumpen, die Wirkungsgrade von bis zu 400 Prozent erreichen können.

Was kostet eine Brennstoffzellenheizung?

Die Kosten für eine Brennstoffzellenheizung inklusive Pufferspeicher und Einbau starten bei rund 30.000 Euro. Die Kosten können zwar mit Förderung reduziert werden, allerdings gibt es noch keine flächendeckende Versorgung mit dem für den Betrieb erforderlichen nachhaltigen Brennstoff (grüner, blauer Wasserstoff oder Bio-Methan).

Die Preise für eine Brennstoffzellenheizung gliedern sich in folgende Bestandteile auf:

• Basispreis für Brennstoffzelle: 20.500 - 25.000 Euro
• Installation und Zubehör (Wärmespeicher, Gasanschluss etc.) : 5.000 - 10.000 Euro

Staatliche Förderung für die Brennstoffzellenheizung

Auch nach der Novellierung des Gebäudeenergiegesetzes, die am 1. Januar 2024 in Kraft trat, gibt es weiterhin staatliche Förderung für Brennstoffzellenheizungen. Allerdings gelten dafür besondere Bedingungen. So werden z.B. Brennstoffzellenheizungen, die mit herkömmlichem Gas fossilen Ursprungs betrieben werden, nicht mehr gefördert.

Voraussetzungen für die Förderung einer Brennstoffzellenheizung über die Bundesförderung für effiziente Gebäude sind:

• Ihre Brennstoffzellenheizung wird ausschließlich mit grünem bzw. blauem Wasserstoff oder Biomethan genutzt.
• Sie müssen die BZH in das gesamte Wärme- und Stromnetz Ihres Gebäudes einbinden.
• Der Gesamtwirkungsgrad muss bei η ≥ 0,82 und der elektrische Wirkungsgrad bei Inbetriebnahme bei ηel ≥ 0,32 liegen.

Hier zeigt sich bereits eine große Einschränkung, wenn Sie Fördergelder für die Brennstoffzelle bekommen wollen. So ist u.a. eine Versorgung mit grünem oder blauem Wasserstoff nicht sichergestellt. Auch die Abdeckung mit Bio-Methan ist noch nicht gegeben. Darüber hinaus bergen diese Brennstoffe ein nicht kalkulierbares Preisrisiko.

Erfüllt Ihre Anlage die Voraussetzungen für eine staatliche Förderung, ist Folgendes möglich:

• Grundförderung: Hierbei handelt es sich um einen Basiszuschuss von 30 Prozent.
• Klimabonus: Sie können zusätzlich 20 Prozent Förderung erhalten, wenn Sie alte, mit fossiler Energie betriebene Heizungen durch eine BZH ersetzen, die ausschließlich mit grünem Wasserstoff oder Bio-Brennstoffen betrieben wird.
• Einkommensbonus: Der Einkommensbonus beträgt 30 Prozent, wenn ihr zu versteuerndes Jahreseinkommen pro Haushalt max. 40.000 Euro beträgt.

Die gesamte Förderung ist auf maximal 70 Prozent begrenzt.

Worin unterscheidet sich die Brennstoffzellenheizung von anderen KWK-Anlagen?

Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung wird nicht nur von der Brennstoffzellenheizung genutzt, sondern auch von Blockheizkraftwerken. Allerdings gibt es trotz desselben Prinzips deutliche Unterschiede.

Während ein BHKW Wärmeenergie und Strom überwiegend durch Verbrennung und mechanische Energie einer Turbine erzielt, benötigt die Brennstoffzelle Wasserstoff, welchen sie aus Erdgas gewinnt. Entsprechend ist für die Brennstoffzellenheizung auch kein Stirlingmotor oder Verbrennungsmotor erforderlich. Während BHKW häufig gewartet werden müssen, gelten Brennstoffzellenheizungen als eher wartungsarm.

Ein weiterer Unterschied der Brennstoffzellenheizung besteht darin, dass sie modular aufgebaut ist und somit auch in Einfamilienhäusern eingesetzt werden kann. Ein BHKW ist überwiegend für Wohnblöcke oder mehrere Häuser geeignet.

Mit einer Brennstoffzellenheizung lässt sich in einem Einfamilienhaus eine elektrische Leistung von bis zu rund 0,75 Kilowatt elektrische Leistung erzeugen. Die Leistung reicht damit aus, um das Gebäude mit ausreichend Strom zu versorgen, wenn z. B. nicht viele Großverbraucher wie Waschmaschine oder Herd gleichzeitig laufen. Beim elektrischen Wirkungsgrad liegt die Brennstoffzellenheizung mit bis zu 70 Prozent daher vor dem BHKW, das nur rund ein Drittel seiner Primärenergie in Strom umwandeln kann.

Gut zu wissen: Im Vergleich zur Wärmepumpe ist das immer noch sehr wenig, denn Wärmepumpen können aus einer Kilowattstunde Strom bis zu vier Kilowattstunden Wärme erzeugen und sind somit deutlich effizienter.

Lohnt eine Brennstoffzellenheizung 2024 noch?

Allgemein lässt sich sagen, dass sich eine Brennstoffzellenheizung nur dann lohnt, wenn der erzeugte Strom sowie die Wärme konstant abgenommen werden. Je mehr Strom und Wärme benötigt werden, desto sinnvoller ist eine Brennstoffzelle.

Berücksichtigt man die aktuellen Energiekosten, amortisiert sich eine Brennstoffzellenheizung erst nach mehr als 30 Jahren. Voraussetzung dafür ist, dass Ihr Eigenbedarf an Strom und Wärme sehr hoch ist und Sie über die Anlage pro Jahr 5.000 kWh- Strom erzeugen, wovon Sie mehr als 70 Prozent davon selbst nutzen.

Im Vergleich zur Wärmepumpe ist das ein sehr langer Zeitraum. Dank hoher Förderung und hoher Effizienz hat sich eine Wärmepumpe schon nach fünf bis zehn Jahren amortisiert.

Eine Brennstoffzellenheizung lohnt sich somit im Einfamilienhaus mit durchschnittlichem Energiebedarf kaum. Nicht geeignet ist die Brennstoffzellenheizung zudem in einem Passivhaus oder einem Nullenergiehaus. Da die Heizung konstant Wärme produziert, kann diese in einem solchen Gebäude nicht mehr wirtschaftlich gespeichert werden.

Fazit & Alternativen zur Brennstoffzelle

Bei aktuellen Kosten von rund 9 Cent pro kWh für Gas und 25 Cent pro kWh für Strom, ist eine Brennstoffzellenheizung nur dann wirtschaftlich, wenn Sie viel Strom und Wärme benötigen. Erst dann ist eine langfristige Einsparung bei den Energiekosten möglich.

Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit ist die flächendeckende Versorgung mit grünem bzw. blauem Wasserstoff oder Bio-Methan, die noch nicht gegeben ist. Es gibt z.B. noch kein bestehendes Wasserstoffnetz für nachhaltig gewonnenen Wasserstoff. Auch die Verbraucherzentralen warnen aufgrund dieses nicht einzustufenden Risikos vor der Anschaffung einer Wasserstoffheizung. Im schlimmsten Fall bleiben Sie nach dem Kauf auf hohen Kosten sitzen.

Die Wärmepumpe als ideale Alternative zur Brennstoffzellenheizung

Mit der Wärmepumpe steht eine sinnvolle, staatlich hoch geförderte und sehr effiziente Technologie zur Verfügung. Der Kauf einer Wärmepumpe hat sich aufgrund der hohen Effizienz mit Wirkungsgraden von durchschnittlich 400 Prozent und der hohen staatlichen Förderung von bis zu 70 Prozent schon nach wenigen Jahren amortisiert. Kombinieren Sie Ihre Wärmepumpe mit einer PV-Anlage, machen Sie sich von Energieversorgern und schwankenden Energiepreisen noch unabhängiger.

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