Brennstoffzelle: Heizen und Strom erzeugen gleichzeitig

Der Begriff beschreibt ein System zur Energieerzeugung, das nicht nur Wärme und Warmwasser, sondern auch Strom liefert. Das funktionale Prinzip ist die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), die speziell für den Einsatz in der Haustechnik angepasst wurde. Herkömmliche KWK-Anlagen basieren auf Verbrennung, beispielsweise beim Einsatz eines Stirlingmotors. Die Brennstoffzellenheizung basiert auf der chemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Derzeit erhältliche Systeme sind größtenteils an Ein- und Zweifamilienhäuser angepasst.

Und was genau ist eine Brennstoffzelle?

Die technische Basis einer Brennstoffzelle ist die kalte Verbrennung innerhalb einer galvanischen Zelle. Dabei entsteht elektrische Energie durch die chemische Reaktionsenergie des eingespeisten Brennstoffs, in diesem Fall Wasserstoff, die durch ein Oxidationsmittel aktiviert wird. Somit ist die Brennstoffzelle nicht - wie vielfach vermutet - ein Speichersystem, sondern eine Anlage zur Energieumwandlung.

Für einige Experten handelt es sich bei der Brennstoffzellenheizung um eines der zukunftsträchtigsten Heizverfahren im häuslichen Umfeld. Der Grund: die vergleichsweise hohe Effizienz dieses Verfahrens. Das schlägt sich insbesondere in dem sehr hohen Wirkungsgrad von über 90 Prozent nieder, der wiederum entsteht, weil mit einem System Wärme und Strom gleichzeitig erzeugt werden. Der Vergleich mit herkömmlichen Verfahren macht das deutlich: Ein Blockheizkraftwerk, das konventionelle Technik nutzt, erreicht maximal 40 Prozent, oft auch darunter. Gleichzeitig wird deutlich weniger CO2 freigesetzt, beispielsweise rund 50 Prozent weniger als eine mit Gas betriebene Anlage.

So funktioniert die Brennstoffzellenheizung

Die bereits erwähnte kalte Verbrennung, also die Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff, wird über zwei Elektroden angestoßen. Der dazwischenliegende Elektrolyt - hier eine bedingt durchlässige Membran - isoliert die beiden Reaktionspartner zunächst voneinander. Der Kontakt des Wasserstoffs mit der negativen Elektrode führt zur Lösung von Protonen und Elektronen.

Nun beginnt ein zweigleisiger Prozess: Der Strom fließt, sobald die nun frei beweglichen Elektronen zur positiven Elektrode gelangen. Die Protonen finden ihren Weg durch die Membran hindurch und verbinden sich auf der anderen Seite mit freien Elektronen und Sauerstoff aus der Luft zu Wasser. Dieser Prozess erzeugt Wärme, die abgeführt werden kann.

Technische Voraussetzungen

Um eine Brennstoffzellenheizung zu betreiben, müssen einige Grundvoraussetzungen erfüllt sein. Die wichtigste zuerst: Sie benötigen einen Gasanschluss. Ebenfalls von Bedeutung ist das Vorhandensein oder der Einbau einer zentralen Heizungsanlage (Zentralheizung) zur Verteilung von Wärme und Warmwasser. Auch ein Gasbrennwertgerät und ein Wärmespeicher müssen eingebaut werden.

Die Zusatzheizung und der Wärmespeicher, der als Pufferspeicher fungiert, sichern die gleichmäßige Energieversorgung. Das ist von Bedeutung, weil die Brennstoffzellenheizung speziell auf den Grundlastbedarf ausgerichtet ist. Überschreitet die erzeugte Energie den Bedarf - beispielsweise im Sommer - wird sie im Wärmespeicher zwischengelagert. Übersteigt der Energiebedarf die Grundlastversorgung, wie das im Winter vorkommen kann, schaltet sich die Zusatzheizung zu.

So arbeitet die Brennstoffzellenheizung wirtschaftlich

Eines dürfte mittlerweile klar sein: Die Anschaffungskosten einer Brennstoffzellenheizung liegen erheblich über denen einer herkömmlichen Heizung. Dem stehen massive Kosteneinsparungen beim Betrieb durch die Effizienz der Kraft-Wärme-Kopplung entgegen. Auf längere Sicht rechnet sich die neue Technologie auf jeden Fall - wenn die Parameter stimmen. Zudem ist die Anschaffung staatlich gefördert - mehr dazu weiter unten.

Wirklich kosteneffizient arbeitet eine Brennstoffzellenheizung bei einem relativ hohen Stromverbrauch. Verpufft der erzeugte Strom ungenutzt, geht damit auch ein Teil der Kosteneffizienz verloren. Besser sieht es aus, wenn man nicht verbrauchten Strom in das öffentliche Netz einspeisen und dafür Erträge erzielen kann. Besonders sinnvoll ist der Einsatz in modernen Gebäuden mit niedrigem Energiebedarf. Die hier niedrig eingestellte Grundlast führt zu weniger Überproduktion beim Strom.

Brennstoffzellenheizung im Altbau - eine sinnvolle Maßnahme?

Wegen des hohen Wärmebedarfs in den normalerweise nicht optimal gedämmten Gebäuden würde mit der Brennstoffzellenheizung eine sehr hohe Stromerzeugungsrate entstehen, die in der Regel nicht vollständig verwertet werden kann. Daher eignen sich für Altbauten eher herkömmliche Blockheizkraftwerke.

Was kostet eine Brennstoffzellenheizung?

Neben den begleitenden Kosten, die anfallen, wenn ein Gasanschluss und Gasleitungen im Haus erst noch installiert werden müssen, schlägt eine Brennstoffzellenheizung für ein Einfamilienhaus mit Kosten zwischen 20.000 und 25.000 Euro zu Buche, wobei die Beträge je nach Anbieter und Region stark variieren können.

Die KfW (Kreditanstalt für Aufbaufinanzierung) fördert die Anschaffung mit teilweise hohen Zuschüssen. Zusätzlich gibt es vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle eine Förderung für selbst erzeugten Strom.

Fazit zur Brennstoffzellenheizung

Die Brennstoffzellenheizung ist eine innovative Energietechnologie für das eigene Haus. Ihre besondere Stärke ist der hohe Leistungsgrad von rund 90 Prozent und die dadurch entstehenden niedrigen Energiekosten. Diese kommen allerdings nur bei hohem Strombedarf oder dem Einsatz in Niedrigenergiehäusern voll zum Tragen. Nachteilig wirken sich die hohen Anschaffungskosten aus, die aber durch hohe Fördermaßnahmen teilweise aufgefangen werden können.