Wie funktioniert die Brennstoffzellenheizung?

Mit der Brennstoffzellenheizung produzieren Sie während des Heizens Strom und nutzen so den eingesetzten Brennstoff besonders effizient. Wie das möglich ist, zeigt ein Blick auf den Aufbau und die Funktionsweise der Brennstoffzellenheizung.

Stromerzeugende Heizungen mit Brennstoffzellentechnik funktionieren nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und gehören zu den Nano-Blockheizkraftwerken. Im Gegensatz zu herkömmlichen Blockheizkraftwerken mit Verbrennungsmotor basiert die Energieerzeugung bei einer Brennstoffzellenheizung auf einem elektrochemischen Prozess: der sogenannten kalten Verbrennung.

Kurz zusammengefasst, lässt sich die Funktionsweise der Brennstoffzellenheizung so beschreiben: Brennstoffzellen arbeiten mit Wasserstoff, der ihnen aus dem Erdgas zugeführt wird. In einer der Knallgasreaktion ähnlichen Reaktion (diese verläuft geregelt statt explosionsartig) verbindet sich der Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wärme.

Diese steht nun für das Heiz- und Brauchwasser zur Verfügung. Zum anderen baut sich elektrische Spannung in der Brennstoffzelle auf, die zur Stromerzeugung genutzt wird. 

Die Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden, einer Anode (-) auf der einen Seite und einer Kathode (+) auf der anderen. Zwischen den beiden befindet sich ein Elektrolyt mit einer festen und ionendurchlässigen Membran.

Nun wird von außen kontinuierlich Wasserstoff (aus dem Erdgas) und Sauerstoff zugeführt. Wobei der Wasserstoff die Anode und der Sauerstoff die Kathode versorgt. Der Wasserstoff wird in Elektronen (-) und Protonen (+) gespalten. Da sich die Elektronen über einen Leiter zur Kathode bewegen, fließt Strom. 

Das Proton hingegen diffundiert am Elektrolyt  (Membran) und gelangt so auf die Seite der Kathode, um sich dort mit dem Sauerstoffion zu vereinigen. Dabei nehmen sie noch ein Elektron von der Kathode auf und es kommt zur Knallgasreaktion, bei der Wärme freigesetzt wird und Wasser entsteht.

Während die Wärme für die Erwärmung des Heiz- und Brauchwassers genutzt wird, bleibt das entstandene Wasser im Kreislauf. Es wird abgeführt, um so für den erneuten Vorgang der Wasserstoffspaltung und zur Kühlung der Brennstoffzellenheizung verwendet zu werden.

Mit der Brennstoffzellenheizung erreichen Sie je nach Modell eine elektrische Leistung zwischen 0,3 und zwei Kilowatt. Das reicht aus, um den Grundbedarf eines Einfamilienhauses zu decken. In Sachen Wärme erzielen Sie zehn bis 30 Prozent der Spitzenwärmeleistung.

Die thermische Leistung reicht damit nicht aus, den kompletten Wärmebedarf des Hauses zu decken. Gerade dann, wenn es richtig kalt wird, stößt sie an ihre Grenzen. In diesen Fällen wird ein Gasbrennwertkessel hinzugeschalten. Mit diesem erreichen Sie eine Spitzenwärmeleistung bis zu 45 Kilowatt.

Ist der Strombedarf höher, als das was die Brennstoffzelle produzieren kann, wird dieser über das öffentliche Stromnetz oder eine andere Stromquelle abgedeckt. Es besteht also nie die Gefahr, plötzlich im Dunkeln oder Kalten zu stehen. 

Der Aufbau und die Funktionsweise der Brennstoffzellenheizung sind komplex, das lässt vermuten, dass die Anforderungsliste an Ihr Haus recht lang ist. Das Gegenteil ist der Fall. Die Brennstoffzellenheizung lässt sich in vielen Haushalten aufbauen.  

Was Sie benötigen:

Erdgasanschluss: Da Erdgas der Brennstoff der Brennstoffzellenheizung ist, ist der entsprechende Anschluss ein Muss. 

Den notwendigen Platz: Die aktuelle Generation der Brennstoffzellenheizungen hat mit den früheren Giganten nicht mehr viel zu tun und so reicht der Platz für eine normale Heizungsanlage bereits aus. Wird noch ein Speicher benötigt, muss dieser Platzbedarf mit eingeplant werden.

Schornstein: Steigen Sie von einer Heizwert- auf die Brennstoffzellenheizung um, ist automatisch ein Gasbrennwertgerät notwendig. Dieses verlangt die Anpassung des Schornsteins, was jedoch ohne großen Aufwand möglich ist.

Die Funktion der Brennstoffzelle ist es, den Brennstoff Erdgas effizienter in Wärme und Strom umzuwandeln. Da Sie Strom nur dann produzieren, wenn Sie Wärme erzeugen, muss die Brennstoffzellenheizung möglichst lange Einsatzzeiten haben. Wenn Ihre Brennstoffzellenheizung nicht oft läuft, erzeugt sie keinen Strom und ist nicht rentabel. 

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