Brennstoffzellenheizung: Wärme und Strom aus Wasserstoff
Strom und Wärme für den Eigenbedarf produzieren und so nahezu unabhängig von öffentlichen Versorgern sein – das ist mit einer Brennstoffzellenheizung möglich. Wie das Heizen mit Wasserstoff funktioniert, welche Voraussetzungen für eine Brennstoffzellenheizung erfüllt sein müssen und mit welchen Kosten Sie rechnen können, erfahren Sie hier.
Was ist eine Brennstoffzellenheizung und wie funktioniert sie?
Die Brennstoffzellenheizung nutzt die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung für die Produktion von Warmwasser, Wärme und Strom – allerdings nicht über die klassische Verbrennung, sondern über einen elektrochemischen Prozess, auch „kalte Verbrennung“ genannt. Dabei reagieren Wasser- und Sauerstoff miteinander.
Die Brennstoffzelle, in der die Reaktion stattfindet, besteht aus zwei Elektroden, die durch eine bedingt durchlässige Membran voneinander getrennt sind. Sobald Wasserstoff auf eine der Elektroden, nämlich auf die negativ geladene Anode trifft, teilen sich Elektronen und Protonen durch einen Katalysator. Die freien Elektronen wandern über einen elektrischen Leiter zur zweiten Elektrode, der positiv geladenen Kathode. Dabei fließt Strom, der genutzt werden kann. Die Protonen gelangen durch die Membran auf die andere Seite und reagieren dort mit Elektronen und Sauerstoff aus der Luft zu Wasser. So entsteht Wärme, die abgeführt und zum Heizen verwendet werden kann.
Um ausreichend Strom und Heizkraft zu erzeugen, kommen in einer Brennstoffzellenheizung mehrere dieser Zellen zum Einsatz, die zu sogenannten Stacks verbunden werden.
Der oben beschriebene Prozess ist äußerst effizient und hat einen Wirkungsgrad von rund 90 Prozent. Zum Vergleich: Ein herkömmliches Kraftwerk erzielt einen Wirkungsgrad von maximal 40 Prozent, was bedeutet, dass nur 40 Prozent der eingesetzten Energie auch wirklich als Heizkraft ankommen – 60 Prozent gehen als ungenutzte Wärme an die Umwelt verloren.
Voraussetzungen für die Installation einer Wasserstoff-Heizung
Um eine Brennstoffstellenheizung (sinnvoll) nutzen zu können, muss in der Immobilie beziehungsweise Anlage Folgendes vorhanden sein:
- Ein Gasanschluss, da der Wasserstoff zum Heizen aus Erdgas gewonnen wird.
- Eine zentrale Heizungsanlage (Warmwasser und Raumwärme), da diese die in der Brennstoffzelle erzeugte Wärme abnimmt.
- Ein Wärmespeicher innerhalb des Systems, um überschüssig erzeugte Wärme zu speichern.
- Eine zusätzliche Heizung (Spitzenlastkessel), sodass zusätzlicher Wärmebedarf in den Wintermonaten sicher abgedeckt werden kann.
Wann lohnt sich eine Brennstoffzellenheizung?
Brennstoffzellen erzeugen Strom und Wärme im ungefähr gleichen Verhältnis und arbeiten immer dann wirtschaftlich, wenn beides gleichermaßen in einem Haushalt verbraucht wird. Wird wenig geheizt und Warmwasser verbraucht und produziert, wird auch wenig Strom erzeugt. Damit sich die relativ teure Anschaffung einer Wasserstoff-Heizung jedoch wirklich lohnt, sollte vor allem der produzierte Strom auch selbst verbraucht werden. Gute Bedingungen durch den ausgeglichenen Wärme- und Strombedarf finden sich häufig in modernen Neubauten mit hoher Energieeffizienz. In Altbauten ist der Wärmebedarf oft deutlich höher als der Stromverbrauch, sodass eine Brennstoffzellenheizung nicht wirtschaftlich arbeiten kann. Eventuell lohnt sich hier jedoch eine nachträgliche Sanierung, sodass sich Strom- und Wärmebedarf angleichen.
Kosten rund um die Brennstoffzellenheizung
Bei den fälligen Kosten ist zwischen verschiedenen Komponenten zu unterscheiden, nämlich zwischen Kosten für
- die Erschließung (Gasanschluss),
- die Anschaffung der Technik und
- den Betrieb.
Ist noch kein Gasanschluss im Haus und auf dem Grundstück vorhanden, müssen die Leitungen – zwischen Straße und Gebäude, aber auch innerhalb des Gebäudes – erst gelegt werden. Dafür fallen meist einige tausend Euro an, je nach Entfernung zur Hauptgasleitung.
Die Technik selbst, also die Wasserstoff-Heizung, ist leider immer noch relativ teuer und kostet ab 20.000 Euro aufwärts. Im laufenden Betrieb fallen Kosten für den Brennstoff – den auf Basis von Gas umgewandelten Wasserstoff – an. Wie hoch diese wirklich sind, hängt vor allem von Ihrem persönlichen Heizverhalten und Strombedarf ab. Schaffen Sie es, Strom und Wärme passgenau in der eigenen Anlage zu produzieren, sparen Sie zusätzliche Kosten für Strom und Wärme aus externer Quelle. Zu bedenken ist, dass im Laufe der Jahre außerdem Wartungskosten für die Anlage anfallen.
Mögliche Förderung rund um das Heizen mit Wasserstoff
Die KfW fördert die Anschaffung und Nutzung der Brennstoffzellenheizung, indem sie einmalig einen Grundbetrag von 5.700 Euro auszahlt, zuzüglich 450 Euro je 100 Watt elektrische Leistung, und zwar über das Programm 433 „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle“. Um die maximale Förderung zu erhalten, müssen jedoch folgende Voraussetzungen erfüllt sein:
- Ein Energieberater ist in die Anschaffung involviert.
- Die Brennstoffzelle ist in das Wärme- und Stromnetz des Gebäudes eingebunden.
- Ein hydraulischer Abgleich wurde durchgeführt.
- Ein Wartungsvertrag über zehn Jahre wurde abgeschlossen.
Der Antrag auf Förderung ist immer vor Beginn der eigentlichen Maßnahme einzureichen. Bevor Sie die Anlage kaufen oder eine Gasleitung legen lassen, müssen Sie auf die schriftliche Zusage der Zuschüsse warten.
Weitere finanzielle Vorteile ergeben sich über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA): Hier können Sie selbst erzeugten Strom pauschal vergüten lassen. Konkret erhalten Sie 4 Cent pro Kilowattstunde für die ersten 60.000 Betriebsstunden. Die Förderung ist auf Anlagen mit einer maximalen elektrischen Leistung von 2 Kilowatt begrenzt.
Vor- und Nachteile einer Brennstoffzellenheizung
Da Brennstoffzellen beziehungsweise die Stromerzeugung und das Heizen mit Wasserstoff noch relativ neue Technologien sind, ist die Anschaffung einer solchen Anlage verhältnismäßig teuer. Zusammen mit den regelmäßig anfallenden Wartungsarbeiten und der Besonderheit, dass eine Wasserstoff-Heizung für Altbauten meist nicht sinnvoll ist, sind das aber schon die einzigen Nachteile beziehungsweise Einschränkungen.
Die Vorteile für Heizen mit Wasserstoff überwiegen in den meisten Fällen:
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