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Die Wasserstoff-Technologie gilt als große Zukunftshoffnung der Energiewende. Zur Energieversorgung von Häusern wird sie heute bereits eingesetzt – in Form der Brennstoffzellenheizung. Die Brennstoffzellenheizung wird vom Gesetzgeber gefördert und ist daher in den letzten Jahren wirtschaftlich interessant geworden.

Hier bekommst du Hintergrundinfos und interessante Experten-Antworten von Brennstoffzellenspezialist Timo Meppiel von Erdgas Südwest.

Brennstoffzellen-Experte Timo Meppiel
Timo Meppiel

Wasserstoff als Energieträger – die kalte Verbrennung

Wasserstoff als Energie-Träger bzw. -Speicher ist schon seit Jahren ein großes Thema der Energiewende. In der Wasserstoff-Technologie liegt viel Hoffnung, es fließen Fördergelder und viele Forschungs- und Entwicklungsprojekte gehen in diese Richtung. Die Einsatzgebiete sind weitreichend, von der Raumfahrt, dem Antrieb von Fahrzeugen bishin zur Energieversorgung von Häusern oder ganzen Vierteln.

Der chemische Prozess ist einfach: In der Brennstoffzelle wird Wasserstoff mit Sauerstoff kontrolliert zusammengebracht und in Wasser und Energie umgewandelt. Diese Reaktion wird auch die „kalte Verbrennung“ genannt. Die Energie die dabei frei wird, gibt die Brennstoffzelle in Form von elektrischem Strom und auch als Wärme ab.

Die Vorteile der „kalten Verbrennung“ von Wasserstoff sind:

  • Bei dieser Art der „Verbrennung“ entsteht kein umweltschädliches CO2, sondern lediglich Wasser als „Abfallprodukt“.
  • Die Ressourcen sind scheinbar unbegrenzt vorhanden, denn Wasserstoff kann aus Wasser hergestellt werden.
  • Wasserstoff kann ein idealer Energiespeicher sein, zum Beispiel für Wind-, Wasser- oder Solarstrom.

Bleibt also nur noch die Frage: Woher den Wasserstoff nehmen?

Wasserstoff zum Heizen

Im Einfamilienhaus ist die Wasserstoff-Technologie bereits angekommen – in Form der Brennstoffzellenheizung. Dabei wird zunächst Erdgas verwendet um Wasserstoff herzustellen. Methan wird im Reformer direkt in Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid bzw. Kohlendioxid aufgespalten.

Im Prinzip ist die Brennstoffzellenheizung also eine neue Art der Gasheizung – ein Gasanschluss ist erfoderlich. Erdgas dient als Energieträger und heraus kommt nicht nur Heizwärme, sondern auch elektrischer Strom. Sie kann alternativ auch mit Biogas betrieben werden. Einen Überblick über die verschiedenen Heizsysteme findest du übrigens hier.

Die Brennstoffzellenheizung fürs Einfamilienhaus ist in Japan bereits sehr verbreitet. Seit 2011 wird die Brennstoffzellenheizung dort stark gefördert, mit dem Ziel unabhängiger von der Nuklearenergie zu werden. Bis Mitte 2019 wurden in Japan bereits über 300.000 solcher Brennstoffzellenanlagen verbaut. In Deutschland wird diese Heiztechnologie seit 2016 vom Gesetzgeber gefördert. Bis Mitte 2019 waren knapp 9.000 KfW-Förderanträge für die Brennstoffzellenheizung bewilligt worden; mehr dazu hier.

Brennstoffzellenheizung nur mit Zusatzheizgerät

Die Brennstoffzellen-Anlage selbst ist auf eine sehr niedrige thermische Leistung ausgelegt, damit sie möglichst viele Stunden – am besten das ganze Jahr über – läuft. Es wird nur der Grundbedarf gedeckt, der Rest wird von einem Zusatzheizgerät und aus dem Stromnetz bezogen.

Die Brennstoffzellenheizung funktioniert im Haus also nur mit Zusatzheizgerät. Dieses Zusatzheizgerät wird abhängig vom zusätzlichen Heizwärmebedarf und vom erforderliche Warmwasserbedarf dimensioniert. Meist ist ein zusätzliches Gasbrennwertgerät bereits in der Brennstoffzellen-Anlage integriert. Es kann aber auch ein externes Heizgerät verwendet werden.

Experten-Frage: Welche Vorurteile gibt es gegenüber der Brennstoffzellenheizung?

T.M.: „Zunächst kann man feststellen, dass Verbraucher*innen bei Technologien, die neu auf dem Markt sind und die sie nicht wirklich verstehen, sehr skeptisch sind. Das ist nachvollziehbar und im Prinzip völlig in Ordnung, schließlich geht es für viele um eine große Investition in ein Gerät, das ein bis zwei Jahrzehnte ihre Immobilie beheizen soll. Das muss einfach zuverlässig und ohne Kinderkrankheiten funktionieren. Wir verweisen dann zum Beispiel darauf, dass Brennstoffzellenheizungen in Japan inzwischen hunderttausendfach installiert und seit Jahrzehnten problemlos betrieben werden. Die Technik ist also ausgereift und erprobt.

Was die Verbreitung der Technik hierzulande etwas ausbremst, ist das etwas innovationsträge Handwerk. Denn letztlich suchen die Kunden bei dem Thema Heizungssanierung richtigerweise fachlichen Rat. Und wenn der lokale Heizungsbauer beim Thema Brennstoffzellenheizung abwinkt, dann wird es schwer. Diese Hürde wird man nur durch langfristige Kommunikationsmaßnahmen im Handwerk absenken können.

Etwas demotivierend wirken außerdem die nackten Zahlen, wenn es um die Beträge geht, die man investieren muss. Mehrere zehntausend Euro für eine Heizung, das ist kein Pappenstiel. Das ist erklärungsbedürftig. Hier muss man alles genau kalkulieren und insbesondere die Alternativen ehrlich durchrechnen. Das ist manchmal kompliziert, vor allem wenn es dann um die Frage des Vorsteuerabzugs geht. Mit einer Brennstoffzellenheizung speist man ja Strom ins öffentliche Netz ein, ist also Erzeuger und damit vorsteuerabzugsberechtigt. Das verändert die Kostenkalkulation enorm. Oder nehmen Sie die Frage der Autarkiequote. Dadurch, dass die Brennstoffzellenheizung nicht witterungsgeführt ist, kann sie die elektrische Grundlast decken und damit Autarkiequoten von 60-70% problemlos erreichen. Und je mehr Strom selbst verbraucht wird, desto besser die Wirtschaftlichkeit. Das sind alles komplexe Zusammenhänge, die man verständlich erklären muss. Daran arbeiten wir jeden Tag.“

Wasserstoff zum Heizen

Experten-Frage: Warum wird die Brennstoffzellenheizung häufiger im Bestand eingesetzt?

T.M.: „Bei einem Neubau hat man inzwischen viele Möglichkeiten, die Wärme- und Stromversorgung klimafreundlich zu organisieren. Viele dieser Möglichkeiten stehen im Bestand einfach nicht zur Verfügung. Denken Sie zum Beispiel an eine Wärmepumpe, die ohne Photovoltaik auf dem Dach wenig Sinn macht. Das kann im Bestand nicht immer realisiert werden. Andererseits benötigt man für den Betrieb der Brennstoffzellenheizung einen Erdgasanschluss.

Kurzum: Im Bestand gibt es weniger Alternativen, aber öfter einen Erdgasanschluss. Daher drängt sich die Brennstoffzellenheizung nahezu auf. Hinzu kommen Argumente wie ein bestehendes Wärmeverteilsystem mit hoher Vorlauftemperatur im Gebäude, das im Prinzip so weiterbetrieben werden kann wie zuvor. Oder auch der im Bestand immer noch anzutreffende höhere Wärmebedarf, da die Dämmung nicht wie im Neubau optimiert wurde oder werden kann. Außerdem wirken natürlich auch strenge gesetzliche Vorgaben wie das Erneuerbare Wärme Gesetz (EWärmeG) in Baden-Württemberg. Mit einer Brennstoffzellenheizung kann man diese als eine Erfüllungsoption ohne Zusatzmaßnahmen problemlos erfüllen.“

Kosten einer Brennstoffzellenheizung

Anschaffungskosten

Gesamtkosten rund 35.000Euro: Die Brennstoffzellenheizung ist in der Anschaffung relativ teuer. Eine durchschnittliche Anlage für ein Einfamilienhaus kostet in etwa 35.000Euro.

Förderungen rund 10.000Euro: Der Gesetzgeber fördert die Brennstoffzellenheizung großzügig. Es kann entweder ein KfW-Zuschuss von bis zu 40% der Kosten für Beratung, Planung, Gerät, Einbau und 10Jahre Vollwartungsvertrag beantragt werden (Details dazu hier). Alternativ kann auch eine BAFA-Förderung gewählt werden. Beide Förderungen sind abhängig von der Stromleistung. Im Schnitt liegt die Förderung für eine gängige Anlage fürs Einfamilienhaus bei rund 10.000Euro.

Hier findest du eine Übersicht zu den Fördermöglichkeiten Hausbau und zu den Fördermöglichkeiten Altbau und Sanierung.

Betriebskosten

  • Die Brennstoffzellenheizung benötigt etwas mehr Gas als ein herkömmliches Gas-Brennwert-Gerät, denn sie erzeugt zusätzlich zur Wärme auch noch Strom.
  • Stromkosten können hingegen eingespart werden. Ein Überschuss des produzierten Stroms wird ins Stromnetz eingespeist, der Mehrbedarf wird aus dem Stromnetz bezogen. In Summe können in etwa bis zu 60% der Stromkosten eingespart werden.

Damit sich die Brennstoffzellenheizung wirtschaftlich auszahlt und die hohen Anschaffungskosten wettgemacht werden, muss die Einsparung der Stromkosten hoch genug sein. Grundvoraussetzung dafür ist, dass die Anlage am besten rund um die Uhr das ganze Jahr über betrieben wird und Strom produziert, der auch genutzt wird. Zeitgleich wird dann auch das ganze Jahr über Wärme produziert, die ebenfalls verwendet werden will.

Wenn mehrere Personen in einem Haushalt leben, wird mehr Warmwasser und auch mehr Strom benötigt, und zwar kontinuierlich über das ganze Jahr. Hier wird die Brennstoffzellenheizung höhere Einsparungen bringen können als zum Beispiel bei einem Single-Haushalt in dem es nur sehr wenig Strom- und Warmwasserbedarf gibt.

Experten-Frage: Wann ist die Brennstoffzellenheizung wirtschaftlich?

T.M.: „Grundsätzlich ist eine Brennstoffzellenheizung für alle Gebäude sinnvoll, die über einen ganzjährigen Wärmebedarf – für Heizung sowie Warmwasser – und einen Erdgasanschluss verfügen. Die von uns für den Privathaushalt am meisten angebotenen Brennstoffzellenheizgeräte erreichen inklusive des integrierten Gasbrennwertgeräts eine maximale Heizleistung von 32 kW. Sollte eine höhere Heizleistung erforderlich sein, so lässt sich die Vitovalor PA2 auch mit entsprechend größeren Gasbrennwertgeräten kombinieren. Die jährlich erzeugte Strommenge kann dabei bis zu 6.200 kWh betragen.

Unsere Erfahrung ist, dass eine Brennstoffzellenheizung ab einem jährlichen Stromverbrauch von 3.500 kWh und ab einem 2 Personen Haushalt (für die Abnahme des Warmwassers) grundsätzlich wirtschaftlich sinnvoll ist. Wobei natürlich immer die Gegebenheiten vor Ort und die individuellen Bedürfnisse ausschlaggebend sind. Das gilt auch für die gewerbliche Nutzung.

Aufgrund des für die Wirtschaftlichkeit einer wärmegeführten BZH notwendigen Strom- und Warmwasserbedarfs macht eine Brennstoffzellenheizung insbesondere bei der Sanierung im Bestand Sinn. Aber auch im Neubau kann die Installation einer BZH wirtschaftlich sinnvoll sein, da diese zum Beispiel ideal mit einer Fußbodenheizung kombiniert werden kann.“

Zukunftshoffnung Wasserstoff-Technologie

Wasserstoff aus Wind-, Wasser- und Sonnenenergie

Um die Wasserstoff-Technologie nachhaltig und ressourcenschonend zu nutzen, sollte der Wasserstoff idealerweise nicht aus Erdgas, sondern aus Wasser erzeugt werden. Diese Reaktion heißt Elektrolyse und ist der umgekehrte Prozess zur „kalten Verbrennung“: durch Energiezufuhr wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Dafür ist allerdings jede Menge Energie nötig.

Einerseits kann also aus Wasserstoff viel Energie entnommen werden, andererseits ist auch viel Energie nötig um Wasserstoff aus Wasser herzustellen. Wasserstoff ist demnach kein unbegrenzter Energielieferant, sondern vielmehr ein guter Energie-Zwischenspeicher.

Im Idealfall wird diese Energie aus überschüssigem Wind-, Wasser- und Solar-Strom genommen, diese Energie ist erneuerbar und ohne Schadstoffemmissionen. Zur Zeit ist die Stromspeicherung noch problematisch, was ein Nachteil von Wind-, Wasser-, und Solarstrom ist. Mit der Wasserstoff-Technologie könnte dieses Probelm gelösst werden. Große Mengen an Energie könnten über lange Zeit und ohne Verluste gelagert werden. Grüner Strom könnte effizienter genutzt werden.

Im privaten Einfamilienhaus ist die Nutzung von Wasserstoff der aus Wind-, Wasser- und Sonnenenergie erzeugt wird noch nicht möglich. Es gibt weder ein System mit dem Wasserstoff zum Haus transportiert wird, noch gibt es momentan die Möglichkeit aus selbst erzeugtem Solarstrom selbst Wasserstoff zu erzeugen. Es wird Erdgas verwendet um den Wasserstoff für die Brennstoffzellenheizung herzustellen.

Forschung und Entwicklung in der Wasserstoff-Technologie

Seit Jahrzehnten wird in Richtung Wasserstoff-Technologie investiert, geforscht und entwickelt. Es gibt die unterschiedlichsten Ansätze dazu; selbst wenn man nur die Energieversorgung von Häusern betrachtet. Bisher sind die meisten Projekte allerdings Zukunftsvisionen, hier ein paar interessenate Beispiel:

  • Eine neue Generation von Solarzellen, die direkt vor Ort, mit Hilfe der Sonnenenergie Wasserstoff aus Wasser abspalten, wird an der TU Darmstadt erforscht.
  • Auch am Helmholtz Zentrum Berlin werden Materialien entwickelt, die mithilfe der Sonnenenergie Wasser in Wasserstoff umwandeln.
  • Stromspeicher im ganz großen Stil sind in Planung: die weltgrößte Anlage zur Wasserstoffherstellung aus Ökostrom ist etwa in Hamburg geplant, mehr dazu hier.

 

Fotos: pixabay.com und Erdgas Südwest/Timo Mippel

 
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