Die Brennstoffzellenheizung – ein Überblick

Die Brennstoffzellenheizung erzeugt Strom und Wärme aus Wasserstoff. Damit ist sie für eine zeitgemäße CO2-freie Energieerzeugung perfekt geeignet. Wir zeigen Ihnen, wie die Brennstoffzelle funktioniert und was es genau mit dieser innovativen Heiztechnik auf sich hat.

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.

Heizen und Strom selbst erzeugen bei massiver Förderung

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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 für Warmwasser oder zum Heizen verwendet.

Damit die Brennstoffzelle aktiviert wird, muss Erdgas zunächst mit Wasserdampf im sogenannten „Reformer“ gemischt werden. Dabei entstehen Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Dieses Gasgemisch wird nun in die Brennstoffzelle geleitet. Dort reagiert der Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff. Durch die kalte Verbrennung entstehen Gleichstrom und Wärme.

Der Gleichstrom wird zu einem sogenannten „Inverter“ geleitet, der den Gleichstrom in den für den Haushalt benötigten Wechselstrom umwandelt. Der Strom kann dann entweder gleich im Gebäude genutzt werden oder er wird in das Stromnetz eingespeist. In beiden Fällen misst ein Stromzähler die erzeugte bzw. eingespeiste oder verwendete Strommenge.

Die bei der kalten Verbrennung entstehende Wärme wird über das Trägermedium Wasser zu einem Wärmetauscher geführt. Das so erwärmte Wasser wird in einem Pufferspeicher zum Heizen oder für das Warmwasser gespeichert.

Durch die sehr effiziente Umwandlung von Wasserstoff in Wärme und Strom erzielen Brennstoffzellenheizungen Wirkungsgrade von bis zu 100 Prozent. Das bedeutet, dass der eingespeiste Wasserstoff nahezu vollständig in Energie umgewandelt wird.

Aufbau und Funktion der Brennstoffzellenheizung

Bekannte Technologie neu entdeckt

Die Idee der Brennstoffzelle ist nicht neu. Schon im Jahr 1780 hatte der italienische Wissenschaftler Luigi Galvani eine Theorie aufgestellt, wonach sich chemische in elektrische Energie umwandeln lässt. Nur wenige Jahre später wurde erstmals Wasserstoff erzeugt und z.B. für Ballons verwendet.

Um 1800 wurde Wasserstoff erstmals durch Elektrolyse hergestellt. Der deutsche Forscher Johann Wilhelm Ritter nutzte dafür das sogenannte „U-Rohr“. Bis heute hat sich an dieser Produktionsweise nur sehr wenig verändert.

Mitte des 19. Jahrhunderts entstand erstmals ein Prototyp für eine Art Brennstoffzelle. Mit der Weltraumforschung im 20. Jahrhundert wurde die Brennstoffzelle schließlich weiterentwickelt. Heute gehört die Brennstoffzellentechnologie zu einem wichtigen Pfeiler der Wasserstoffpolitik der Bundesregierung. Sie soll maßgeblich zur Reduktion des CO2-Ausstoßes beitragen.

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 seine Wärmeenergie und Strom überwiegend durch Verbrennung und mechanische Energie einer Turbine erzielt, benötigt die Brennstoffzelle nur Wasserstoff, den sie aus Erdgas gewinnt. Entsprechend ist für die Brennstoffzellenheizung auch kein Stirlingmotor oder Verbrennungsmotor erforderlich.

Lediglich die Brennstoffzelle ist für die Energiegewinnung notwendig. Somit erzeugt die Brennstoffzellenheizung auch keine Abgase bzw. nur dann, wenn eine Gasbrennwertheizung zur Heizungsunterstützung notwendig wird.

Beim elektrischen Wirkungsgrad liegt Brennstoffzellenheizung mit bis zu 70 Prozent weit vor dem BHKW, das nur rund ein Drittel seiner Primärenergie in Strom umwandeln kann.

Ein großer Vorteil 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.

Während BHKW häufig gewartet werden müssen, ist die Brennstoffzelle selbst nahezu wartungsfrei. Sie muss lediglich nach ca. 20 Jahren ausgetauscht werden.

Mit einer Brennstoffzellenheizung wie der Viessmann Vitovalor PT2 lässt sich in einem Einfamilienhaus ca. 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.

Wenn Sie diese Brennstoffzellenheizung kaufen möchten, beraten wir Sie gerne und kompetent, ob dieses System zu Ihren Anforderungen und Bedürfnissen passt.

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

Durch die konstante Wärmegewinnung sind Brennstoffzellenheizungen nicht nur für Niedrigenergiehäuser geeignet. Damit diese Heizung ihre Effizienz ausspielen kann, sollte ganzjährig Wärme genutzt werden, z.B. für Warmwasser zum Duschen oder Waschen.

Für wen eignet sich eine Brennstoffzellenheizung?

Durch den modularen Aufbau lassen sich Brennstoffzellenheizungen perfekt an den jeweiligen Bedarf und die Gebäudegröße anpassen. Aufgrund des geringen Platzbedarfs sind sie sehr gut für Einfamilienhäuser oder Zweifamilienhäuser geeignet.

Weniger geeignet ist die Brennstoffzellenheizung in einem Passivhaus oder einem Nullenergiehaus. Da die Heizung konstant Wärme produziert, kann diese in einem solchen Gebäude nicht mehr wirtschaftlich gespeichert werden.

Die Kosten für eine Brennstoffzellenheizung inklusive Pufferspeicher und Einbau starten bei ca. 30.000 Euro. Allerdings gibt es für Hausbesitzer eine hohe staatliche Förderung von bis zu 40 Prozent der förderfähigen Kosten.

Die Förderung einer Brennstoffzellenheizung ist über das KfW-Programm 433 „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle“ möglich. Es wird auch weiterhin trotz BEG weitergeführt. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau fördert die Brennstoffzelle mit diesem Programm seit 2016. Gefördert werden Brennstoffzellenheizungen in Privathäusern sowie in KMU mit einer maximalen Leistung von 20 Kilowatt.

Die Förderung selbst erfolgt in Form eines Zuschusses, der sich aus einem Grundbetrag von 6.800 Euro und 550 Euro pro angefangene 100 Watt elektrische Leistung zusammensetzt. Gedeckelt wird die KfW-Förderung für die Brennstoffzelle bei 40 Prozent der förderfähigen Kosten.

Bei Kosten von 35.000 Euro könnten Sie z.B. für Ihre Brennstoffzellenheizung 14.000 Euro als Zuschuss von der KfW zurückerhalten. Voraussetzungen für die Brennstoffzellenheizung-Förderung ist u.a. das Hinzuziehen eines Energieberaters.

Wie lange hält eine Brennstoffzellenheizung?

Da eine Brennstoffzellenheizung ganz ohne rotierende Elemente auskommt und keine heiße Verbrennung stattfindet, ist dieses Heizsystem sehr wartungsarm. Die Lebensdauer ist hoch und liegt bei ca. 20 Jahren (und mehr). Dann müssen die Brennstoffzellen ausgetauscht bzw. erneuert werden.

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Die Brennstoffzelle hat aufgrund ihrer besonderen Funktionsweise großes Potenzial zu einem wichtigen Bestandteil der privaten Wärme- und Stromerzeugung in Deutschland zu werden. Mit ihrem enorm hohen Wirkungsgrad durch die Kraft-Wärme-Kopplung ist dieses Heizsystem anderen Systemen deutlich voraus. Für die Zukunft wird es wichtig sein, dass der Wasserstoff zur Energiegewinnung ebenfalls ökologisch erzeugt wird oder die Anlage mit Biogas betrieben wird. Dann ist die Brennstoffzelle nicht nur energieeffizient, sondern auch nachhaltig.

Nutzen Sie unseren Heizungsplaner und wir melden uns zeitnah bei Ihnen, um sie zum Thema Brennstoffzelle und einem möglichen Heizungswechsel zu beraten. Gerne erstellen wir Ihnen ein Festpreisangebot inkl. Förderung und Montage.

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